北京三号B衛星三維渲染圖 航天科技集團五院提供

2022年8月24日，北京三号B衛星在太原衛星發射中心順利升空并成功入軌。衛星裝載着由航天科技集團五院508所研制的0.5米級高分辨率天舒相機，這是北京三号系列衛星相機中的高端旗艦産品，将在太空執行“天眼”使命，高效服務于資源環境監測、應急管理和糧食安全等關系國計民生的重要領域。

“欲窮千裡目，更上一層樓。”身處600多公裡的高空，天舒相機不僅能一覽祖國廣袤的大地，還能将世界風光盡收眼底。

千裡之外也能“明察秋毫”

北京三号B衛星天舒相機的視力銳利程度，可以用“明察秋毫”來形容——它能在千裡之外識别0.5米大小的目标，比如小轎車的前後擋風玻璃、馬路上的斑馬線、停車位的劃線、廣場上的人影等，可謂名副其實的“千裡眼”。

在林業管理方面，天舒相機可以區分單個樹冠，準确進行森林火災損失評估，并對非法采伐進行有效監測。在農業管理方面，它可以實現農作物種植面積精确評估，提升植物可分種類。在城市建設方面，它能夠及時發現違規建築和違法用地。

北京三号B衛星天舒相機研制圖 航天科技集團五院提供

相比北京三号A衛星天瞐相機，B衛星天舒相機的鏡頭口徑更大、更明亮，性能也更上一層樓。航天科技集團五院508所天舒相機項目經理王勁強介紹，天舒相機采用超長焦距光學鏡頭，分辨率達到目前國内商業遙感的最高水平。“相機焦面采用國産高性能多譜段TDICMOS線陣，可以像掃描儀一樣推掃成像；此外，相機還配備了低噪聲的CMOS面陣焦面，可以像單反相機一樣實現畫幅成像，也可以流暢地視頻成像。”

“安身立命”的成像品質

成像品質是航天相機的安身立命之本。為此，研制團隊在“天瞐相機”的優異解像能力基礎上，重新設計性能更強的光學鏡頭，升級進化成像能力。

對于這一系列要求和解決辦法，航天科技集團五院508所相機主任設計師胡永力将其概括為：

一是“站得高，離得遠，看得廣，看得清”——“通過增長焦距适應更高的軌道，北京三号B衛星的軌道比A衛星提高了100多公裡，相當于成像距離遠了100多公裡”；

二是“譜段寬，細節多”——“拓寬了全色成像譜段，吸納更多的光譜信息，更有利于彩色融合圖像，彩色細節更豐富”；

三是“眼睛大，視力好”——“增大主鏡口徑，大光圈鏡頭能進一步提高收集光線的能力和解像力”；

四是“看東西，不變形”——“光學系統增加了消畸變的光學元件，進一步消除了最後殘留的畸變”。

豎直裝調“無懼”地球重力

裝調精密的航天光學鏡頭時，非常懼怕地面重力的影響，通常重力造成的幾十分之一波長的面型影響就會導緻裝調失敗。相比北京三号A衛星天瞐相機，B衛星天舒相機的最大差别之一就是光學鏡頭采用豎直裝調技術。“相比傳統的水平裝調，豎直裝調适用于大口徑相機，技術上更具挑戰性。天舒相機隻是一個開端，攻克豎直裝調技術可以為我國未來的更大口徑相機裝調鋪平道路。”航天科技集團五院508所工藝負責人焦文春告訴記者。

智能芯片讓相機“越來越聰明”

由于采用大量先進智能芯片，大幅度提高了智能化、自主化水平，因此天舒相機“越來越聰明”。

天舒相機采用與衛星大腦同款的高性能CPU，能夠實現智能最佳成像參數，讓拍攝更輕松，并具備自糾錯能力。同時，很多貼心設計讓相機的操控性能大大提升。“比如，斷電保持的記憶調用功能讓調整好的各項參數不受開關機影響，使用者可以更多關注拍攝目标；相機焦面視頻電路擁有強大的計算處理能力，能正反向掃描和面陣視頻成像，以适應衛星的多種複雜成像模式；電路的快速驅動能力，可以使每片探測器在成像過程中始終保持最佳成像參數，還可以進行實時處理；由于‘眼神傳遞快’，天舒相機的數據傳輸率比天瞐相機快了1倍多，可打造數據傳輸的高速公路……”胡永力舉例說。

此外，相比天瞐相機的傳統地面人工調焦，天舒相機增加了星上自動調焦功能。“這樣可以快速适應不同遠近目标，從幾十公裡的物體到上億公裡的深空天體，均可清晰聚焦，方便用戶使用。”胡永力補充道。

精密熱控始終保障“溫暖如春”

在宇宙空間中，忽冷忽熱是常态，而且溫差極大。為此，研制團隊采用多模式控溫技術，讓天舒相機的鏡頭始終處于最佳的成像溫度。如此一來，既保證了成像的幾何質量，又能節省近200瓦的熱控功耗，可謂“任爾酷暑寒冬，我這兒始終溫暖如春”。

據悉，精密的熱控能力在讓相機服務自身鏡頭的同時，也能夠很好地保障“鄰居”，讓安裝在相機主體上的星敏支架、測微陀螺等處于穩定的溫度狀态中——這些姿态部組件關系相機圖像的幾何定位精度，共同為相機的高成像質量保駕護航。

“穩若磐石”防抖安心拍

對于0.5米級别的高分辨成像，極其微小的抖動都會對成像質量造成明顯影響。因此，要拍出清晰的圖像，就要在防抖上下苦功。

研制團隊将相機通過3組可控作動杆類似懸浮地精确安裝在衛星平台上，可有效隔絕衛星運動部件的微振動，在姿控系統的實時控制下保證相機“穩若磐石”，不懼抖動安心拍。

為了摸索減震效果，技術團隊還專門研制出一套微振動顫振測量系統，可以測出成像時每個光學元件的微小振動情況，并在設計上盡可能避免。

北京三号B衛星天舒相機研制技術團隊 航天科技集團五院提供

“目不轉睛”高機位“太空直播”

由于焦面增加了面陣探測器，因此天舒相機具備熱門的視頻成像功能，并能夠自動曝光，錄制的視頻自然而暢快。“利用衛星姿态控制能力，可以對目标‘屏息凝視、目不轉睛’，實現高機位‘太空直播’，動态監視地面活動物體、海上和空中活動目标，甚至還能捕捉到太空中高速運行的衛星交彙的精彩瞬間。”胡永力說。

可見，作為“打破想象力之作”，天舒相機的諸多創新技術讓遙感衛星的“高精準”又邁上一個新台階。（光明日報全媒體記者張蕾 通訊員朱志豪、陳西、胡永力、李莉）

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