航天视频相机：顾郅扬博士

刚进组里的时候，我给导师做助教。他最常提及的一句就是卡尔·萨根（Carl Sagan）所说的暗淡蓝点（Pale Blue Dot），这句话的背景是1990年2月14日，NASA的旅行者 1 号（Voyager 1）在距离地球约60亿公里处回望太阳系，拍了“太阳系全家福”的照片，其中地球只占不到一个像素，出现在一束阳光散射的光带里，被称为“暗淡蓝点”，这幅画至今仍在导师办公室里面挂着。这让我感觉到无比的兴奋，当时的我被疫情困在家里，却觉得在院子里面仰望星空的时候，与宇宙有了连接。当时的我怎么也不会想到，五年后的今天，真的有一只眼睛环绕着地球在注视着我和我生活的这片土地。

博士生涯伊始的时候，导师送我到我们国家空间遥感载荷的研制单位航天五院去学习。出到的时候，一切都很新奇，巨大的总装测试中心，几乎可以模拟遥感载荷在空间环境中所有的性能；一颗颗比人还高大的载荷伫立或者躺卧在那里，静静的等待着被发射上天，完成它的使命，真正的让我从坐在教室里面听着或者看着卫星发射的孩子变成整个航天事业的真正参与者。

图 1 挂牌认证的航天人

要完成这件事情并不容易，目前的遥感载荷采用的可见光探测器为了收集更多的光信号，使用的像素尺寸都是7μm以上的，为了能够在至少500km外的轨道上还能对地球上的每一寸土地清晰成像，其使用的超长焦光学系统已经无比精密复杂。而我们的探测器像元尺寸与目前最先进的手机相当，其衍射极限就比当前的遥感载荷提升了十倍。

图 2 振动测试，后面要经历发射的冲击和过载

最先需要克服的就是宽谱段的色差问题，因为能量输入和地物目标特征峰的需求，要求我们的载荷必须工作在一定的波长范围内。由于我们采用的是透射式的光学系统，其像差校正需要通过折射率变化来实现，然而，玻璃材料的折射率随着波长变化会发生梯度变化，给像差校正造成了极大的困扰。开始时，我们始终无法完成负消色差的设计（即让至少三个波长的光线汇聚到同一点），当时我们手上只有一款波长范围仅为50nm的光学系统，在地面测试时其积分时间在晴天时也需要几十毫秒，几乎无法在低轨轨道这种运动平台上使用。后来我们通过聚类和局部优化的方法，在国产玻璃库中找到了最合适的组合，看着像质评价函数达到指标要求的那天，各种镜片将光线弯曲汇聚到艾里斑内，像是修筑了一条现代化的高速公路，各种波长的光线都能在这儿到达自己应该到达的位置。

在完成了设计之后，另一个棘手的问题就是系统的装调制造。对于这种接近可见光衍射极限的系统，其公差要求极为严格，即便是按照目前最精密制造的镜片公差也难以满足特别，特别是折射率和阿贝数的指标，厂家给出的检验报告我们也无法采信，必须在同一批玻璃材料中切出样块，实测折射率，且精度需要到小数点后四位。这样也仅仅满足了镜片的加工要求，将十几片镜片组合起来又是一个自由度组合爆炸的问题。传统的顺序装调装到第6、7片镜片能量通常就衰减到0，检测的手段就完全失效了。我们发明了一种分段式的镜头装调方法，通过不同组分之间的基准以及装调矩阵灵敏度来高效的实现高精度装调，最终的像质能够匹配我们最终需要的地面分辨率。

图 3 外景测试，从概念到真正的实物

解决了光学系统上的难题，剩下的问题也并不轻松。虽然我们的探测器以及通过了全部的低轨环境试验，所有的电学硬件也都尽可能选择了航天级的器件，还有很多前辈和我们说过现在有很多商业级的器件也都有过上天的经验。但是卫星一但发射入轨，就像是一根带着无形线的风筝，直到它给你传下来一幅高清的图像的时候，你才能安下心来，不然你只能像一个医生对着患者的心电图一样，读取它发来的一个又一个代表着生命体征的信号。后来它一步又一步顺利的像闯关游戏一样，从单机测试、整机的实验室内测试、环境测试、和载荷的集成测试到最后的发射，虽然过程也有一些磕磕绊绊，但还是都给了我们足够惊喜的结果。在飞控中心等待它传回第一幅图像的时候，比我自己年轻时候等待高考成绩还要紧张，那时候我忍住让自己不去对答案，似乎可以将未来交给命运。但是现在，我会不断的去核实它的状态，不管是它的电流状态正不正常、数据链路正不正常，毕竟真实的生活答案往往不止一种，解决最后的问题才是王道。

图 5 它在太空里面的家

导师常常和我们说，我们要做的时候都是他做不到的。如果你也dream bigger，想要触及人类的第一次的话，欢迎加入我们吧。