李大耀

資源1號(hào)衛(wèi)星的主體為寬1.8米、長(zhǎng)2.0米和高2.15米的正六面體，主體一側(cè)帶有寬約5.3米、高約2.6米的太陽(yáng)能電池翼。為什么資源1號(hào)衛(wèi)星不象一般衛(wèi)星那樣對(duì)稱(chēng)地安裝2個(gè)太陽(yáng)翼，而只帶有1個(gè)太陽(yáng)翼呢?其原因在于資源1號(hào)衛(wèi)星紅外相機(jī)的輻射致冷器的出口位于與安裝太陽(yáng)翼的側(cè)面相對(duì)稱(chēng)的另一側(cè)面上。輻射致冷器是紅外相機(jī)的重要組件，它利用太空背景只有約4霞低溫度的特性，通過(guò)向外部空間輻射熱量來(lái)達(dá)到致冷的目的。為了確保輻射致冷器工作正常，要求輻射致冷器的散熱通道“三不見(jiàn)”(即：看不見(jiàn)太陽(yáng)，看不見(jiàn)地球，也看不見(jiàn)衛(wèi)星)。由此決定了資源1號(hào)衛(wèi)星只有1個(gè)太陽(yáng)能電池翼（見(jiàn)題圖）。

紅外成像的基本原理

資源1號(hào)衛(wèi)星的紅外相機(jī)是一種紅外線成像裝置。為了便于理解紅外相機(jī)，首先對(duì)紅外成像的基本原理作簡(jiǎn)單介紹。

什么叫紅外線

大家知道，光一般是指人眼能觀察到的電磁波。這部分可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在0.77～0.39微米之間，由紅色(波長(zhǎng)0.77～0.622微米)、橙色(波長(zhǎng)0.622～0.597微米)、黃色(波長(zhǎng)0.597～0.577微米)、綠色(波長(zhǎng)0.577～0.492微米)、藍(lán)靛色(波長(zhǎng)0.492～0.455微米)和紫色(波長(zhǎng)0.455～0.39微米)這幾種色光組成。在可見(jiàn)光紫端之外、波長(zhǎng)為0.005～0.39微米的電磁波稱(chēng)為紫外線，在可見(jiàn)光紅端之外、波長(zhǎng)為0.77～1000微米的電磁波稱(chēng)為紅外線。紫外線和紅外線雖然人眼不能察覺(jué)，但能為光學(xué)儀器察覺(jué)到，而且它們和光一樣具有反射、折射和衍射等性質(zhì)。所以，一般把紫外線、紅外線甚至X射線也稱(chēng)為“光”。

紅外線按波長(zhǎng)分為幾個(gè)譜段：近紅外(波長(zhǎng)0.77～3.0微米)、中紅外(波長(zhǎng)3～6微米)、遠(yuǎn)紅外(波長(zhǎng)6～20微米)和超遠(yuǎn)紅外(波長(zhǎng)20～1000微米)。

理論分折和實(shí)驗(yàn)表明，不僅太陽(yáng)光中含有紅外線，而且任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向外輻射紅外線。因此，紅外線是自然界中普遍存在的一種電磁輻射。

光線的透射窗口

大氣看上去似乎是透明的。但是，大氣中存在的各種氣體分子以及少量的水蒸氣和其它成份，會(huì)對(duì)在大氣中傳播的電磁波產(chǎn)生吸收、反射、折射、散射等作用。因此，大氣實(shí)際上只能透過(guò)一定譜段的電磁波。換言之，只有對(duì)那些能透過(guò)大氣的電磁波來(lái)講大氣才是透明的，而對(duì)于其他譜段的電磁輻射來(lái)講大氣并不透明。能透過(guò)大氣層的電磁波譜段稱(chēng)為透射窗口

在紫外線－可見(jiàn)光－紅外線的范圍中，有以下4個(gè)透射窗口：

0.30～1.3微米窗口，它包括部分紫外線、全部可見(jiàn)光和部分紅外線，屬地物的反射波譜，即反射的太陽(yáng)光；

1.3～2.5微米窗口，它處于近紅外線范圍內(nèi)，仍為地物的反射波譜；

3.5～5.5微米窗口，它處于中紅外線范圍內(nèi)，為混合波譜，即地物反射或發(fā)射的電磁波；

8～14微米窗口，它處于遠(yuǎn)紅外線范圍內(nèi)，為地物的發(fā)射波譜，是物體在常溫下熱輻射能量最集中的譜段。

紅外成像裝置的工作譜段必須位于上述這4個(gè)窗口中，才能接收到地物反射或發(fā)射出的紅外信息。

紅外成像裝置的組成

這里的“成像”就是顯示地物目標(biāo)反射或發(fā)射的電磁輻射能量密度的分布情況。由于供攝影用的感光膠片只能對(duì)0.30～1.3微米的電磁輻射起作用，故要得到地物的紅外圖像就不能如可見(jiàn)光成像那樣通過(guò)膠片以深淺不同的黑色或色彩表現(xiàn)出來(lái)，而必須使用一定的紅外成像裝置。紅外成像裝置首先把接收到的地物的紅外輻射能量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再對(duì)這種電信號(hào)進(jìn)行處理和顯示，使其成為可見(jiàn)的圖像。因此，紅外成像裝置也稱(chēng)成像儀，一般由紅外成像鏡頭、紅外探測(cè)器、電子電路和顯示器、致冷裝置等幾部分組成（圖一）。

紅外成像鏡頭為紅外線進(jìn)入成像儀的窗口，并將入射的紅外輻射進(jìn)行收集、會(huì)聚到紅外探測(cè)器的焦平面上。

紅外探測(cè)器是指能把紅外輻射能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，其中根據(jù)受光照射后，材料的電子狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致其電學(xué)性能改變的光電效應(yīng)的原理制成的探測(cè)器叫光電探測(cè)器。

電子電路用于將紅外探測(cè)器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度、功率放大和處理，以便最終能顯示出來(lái)。

傳輸與顯示器用于傳輸電子電路處理的電信號(hào)， 并顯示出地物目標(biāo)的紅外輻射特性或分布。

致冷裝置用于抑制系統(tǒng)的熱噪聲和保證銻化銦、碲鎘汞等致冷型探測(cè)器正常工作。

紅外成像裝置按成像的類(lèi)型可分3類(lèi)：點(diǎn)成像裝置、線成像裝置和面成像裝置。光學(xué)機(jī)械掃描儀是常用的線或面成像裝置之一。它通過(guò)光學(xué)部件機(jī)械運(yùn)動(dòng)的掃描，使地物目標(biāo)表面各點(diǎn)的紅外輻射按一定順序逐個(gè)聚集在紅外探測(cè)器上，其所用的探測(cè)器大多為光電探測(cè)器。當(dāng)光學(xué)機(jī)械掃描儀裝在衛(wèi)星等飛行器上時(shí)，它一邊隨衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)、一邊進(jìn)行掃描，可以獲取到衛(wèi)星地面航跡左右一定幅度內(nèi)的地物目標(biāo)圖像。光學(xué)機(jī)械掃描儀的工作原理見(jiàn)圖二。

紅外相機(jī)及其主要性能

資源1號(hào)衛(wèi)星紅外相機(jī)的工作譜段有4個(gè)：1個(gè)在全色譜段，波長(zhǎng)0.50～0.90微米；2個(gè)在近紅外譜段，波長(zhǎng)1.55～1.75微米和2.08～2.35微米；1個(gè)在遠(yuǎn)紅外譜段，波長(zhǎng)10.4～12.5微米。該相機(jī)隨衛(wèi)星作軌道運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，其擺動(dòng)掃描鏡作與軌道運(yùn)動(dòng)方向相垂直的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

紅外相機(jī)由掃描儀主體、放大器、編碼器、配電器、遙測(cè)變換器、輻射致冷控制器和溫度控制器等組成，它是涉及到光學(xué)、機(jī)械、電子等領(lǐng)域的復(fù)雜的工程項(xiàng)目。圖三為該相機(jī)示意圖。該相機(jī)獲取的地物輻射信息由工作于X波段的高碼速率數(shù)傳系統(tǒng)向地面發(fā)送。

資源1號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行軌道高度約780公里，紅外相機(jī)掃描輻度為119公里，相機(jī)的像元分辨率遠(yuǎn)紅外譜段為156米、其他3個(gè)譜段為78米。

資源1號(hào)衛(wèi)星1986年正式開(kāi)始研制。其紅外相機(jī)的性能與美國(guó)陸地4、5號(hào)地球資源衛(wèi)星的專(zhuān)題成像儀的性能雖有一定程度的差距，但在具體的技術(shù)途徑方面兩者有所不同。資源1號(hào)衛(wèi)星紅外相機(jī)在近紅外譜段探測(cè)器選擇、中繼光學(xué)系統(tǒng)、星上定標(biāo)系統(tǒng)和星上計(jì)算機(jī)等方面均有所創(chuàng)新。該衛(wèi)星紅外相機(jī)的總承制單位為中國(guó)空間技術(shù)研究院北京空間機(jī)電研究所。在研制過(guò)程中，研制人員解決了一系列技術(shù)難題。地面試驗(yàn)表明，該相機(jī)工作正常，性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，可用于飛行任務(wù)。■