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NASA的火星2020探测器将前所未有地装备23个摄像头，这些摄像头能够扫拍全景式照片、精细观察物体、对火星大气进行研究以及协助科学设备开展工作。 拥有23个摄像头的火星2020探测器。有一些是根据“好奇号”火星探测器摄像头改进而来，有一些是全新的产品。 1997年登陆火星的“探路者”探测器装备了5个摄像机，其中2个安装于“探路者”探测器突出的桅杆上，另外3个安装在“探路者”探测器登陆火星后放出的“索杰纳号”火星车上。 从那以后，摄像技术经历了一次量子跃迁。经过太空计划提升改进的光学传感器已经广泛应用于商业领域。相机体积缩小了，质量提高了，现在几乎每一部手机、每一台电脑都配有摄像头。 太空领域的摄像技术也在发生着同样的进步。NASA的火星2020探测器将前所未有地装备23个摄像头，这些摄像头能够扫拍全景式照片、精细观察物体、对火星大气进行研究以及协助科学设备开展工作。它们将在火星探测器登陆后的工作期间提供高质量的图片，探测器打开降落伞准备登陆火星时，摄像头也会同时拍摄照片，这一时刻的照片将会是第一次被我们获取到。火星车的内部也安装了一部照相机，以便对样本进行拍照和研究，火星样本经过相机拍摄研究后，将会放回火星表面，留待将来的火星任务进行收集。 火星2020探测器的所有摄像头将由加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室生产制造。这代表了自火星“探路者”探测器发射以来所取得的持续进步，“探路者”探测器装备了5个摄像机，之后的“勇气号”火星车、“机遇号”火星车装备了10个摄像头，“好奇号”火星科学实验室探测器更是装备了17个摄像头。 “相机技术一直在进步。”NASA喷气推进实验室火星2020影像科学家、桅杆变焦相机设备副首席研究员贾斯廷·梅基说：“后续的其他太空计划将能够利用这些改善和进步，而且性能会更好，成本会更低。” 桅杆变焦相机的3D打印模型，该科学研究相机将安装在火星2020探测器上。桅杆变焦相机装备有3：1变焦距透镜。 技术进步能够相互促进、共同发展，首先NASA实现了相机技术的发展，然后应用于商业领域，在商业领域取得更大进步后，再应用于太空领域。上世纪80年代，NASA喷气推进实验室研发了一种有源像素敏感元件，该元件同早期数字照相技术相比消耗的能源更少。后来，喷气推进实验室的前任研究员埃里克·福瑟姆创立了图片比特公司，将这种传感器应用于商业领域。埃里克·福瑟姆目前在新罕布什尔州汉诺威的达特茅斯学院工作。 视觉20/20 桅杆变焦相机首席研究员、亚利桑那州立大学的吉姆·贝尔说，同“好奇号”火星探测器相比，火星2020探测器的摄像机将能够提供色彩更为丰富的图片，还能够进行3D照相。“Z”的意思是变焦照相，“好奇号”火星探测器的桅杆主相机在改进后将会增加这一先进技术。 经过增强设计后的相机将会配备避险相机的原型镜头，帮助火星2020探测器观测遇到的障碍物。 桅杆变焦相机的体视镜照相机支持3D摄像，这一特性非常适于观察地理特征、远距离侦查火星样本。在相机的帮助下，探测器能够在足球场长度距离之外，对火星表面侵蚀及土壤结构等特征进行观察。这是一种非常重要的细节特征观察能力：该相机能够发现地理学特征，了解现场实地情况，以便将来的科学家在更大的地理背景条件下对样本进行研究。 “通过探测器相机经常性地进行高分辨率3D摄像，能够给我们带来更大的收获。”贝尔说，“它们在远距离及近场目标摄影方面都非常有用。” 像素颜色 “勇气号”火星车、“机遇号”火星车均装备了用于行驶路线规划的导航相机以及避免遇到风险的避险相机。这些相机能够生成一百万像素的黑白照片。 在新探测器上，经过升级改造的工程相机将能够拍摄两千万像素的高分辨率彩色照片。 镜头视野会更加宽广。这一优势对火星2020任务取得成功非常重要，该任务将尽量缩短进行科学研究及采集样本所需要的时间。 “我们以前的导航相机能够拍摄多幅照片，并通过拼接的方式来形成广角照片。”喷气推进实验室新型工程相机产品交付经理科林·麦金尼说，“采用视野更宽的相机，一次拍摄就能取得广角照片。” 这意味着，相机平移、拍摄、拼接所需时间会更少。新型相机还具备降低相机移动导致模糊的能力，火星车在运动过程中都能够进行拍摄。 火星数据链接 相机升级之后，对数据链接提出了挑战：相机更好，拍摄的图像数据更大，需要穿越太空的数据更多。 “在大部分成像系统中，远程通信链接都是一个限制性因素。”梅基说：“相机性能提高之后拍摄的图片数据，将会超过从火星向地球回传的通信能力。” 为了解决这个问题，火星车需要变得更加聪明，其中一项就是要学会压缩数据。 “勇气号”火星车及“机遇号”火星车通过随车电脑来进行数据压缩，“好奇号”火星探测器是通过装载于相机的电子元件进行数据压缩。这就让3D摄像、彩色照相、高速录像成为了可能。 NASA也越来越善于将在轨宇航器用作数据中继点。“勇气号”火星车及“机遇号”火星车首先将数据中继概念付诸实践。贝尔表示，NASA在“奥德赛号”火星探测器试验工作中第一次提出了数据中继概念。 “我们希望火星2020探测器每个火星日传回10Mb数据。”他说，“‘奥德赛号’火星探测器第一次飞越火星时进行的每次数据传输都传回了100Mb的数据，这个时候我们意识到，好戏开始了。” NASA计划利用火星大气与挥发演化探测器、火星微量气体任务卫星等已经在火星轨道飞行的宇航器，将这些宇航器用作火星2020任务的数据中继点，为火星2020探测器相机的提供数据传输技术支持。 来源：www.nasa.gov |
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