还记得今年7月27日刷屏网络的地月合影照片吗？那是我国首个火星探测器天问一号在飞离地球约120万公里处回望地球时的场景。而拍下这张照片的，正是中国航天科技集团八院控制所研制的光学导航敏感器。
在嫦娥五号任务中，由该所研制的红外及可见光双谱段监视相机，将完美呈现轨道器与上升器的“拥抱”过程。
过程记录“双保险”
不同于探火任务中光学导航敏感器的副业发挥，此次嫦娥五号所搭载的双谱段监视相机是一款专业拍照神器，其主业就是记录轨道器与上升器的交会对接过程，以及轨道器与着陆器/上升器组合体分离、与支撑舱分离过程。与以往任务中所搭载的监视相机不同的是，这款相机集红外和可见光成像于一体，红外和可见光传感器经各自的光学镜头获取图像数据，根据遥控指令要求在六种拍摄模式中自由切换，实现红外和可见光分别或同时成像。
“这就相当于给普通相机加了一个夜视仪，即使交会对接过程发生在月背，接受不到太阳光照，我们也可以通过红外相机记录下全过程。”中国航天科技集团八院控制所光学导航专家郑循江介绍道，“而在有光照的情况下，如果光照太强，可见光相机拍摄的照片也可能存在过曝的情况，影响观看效果。有了这款双谱段相机，就可确保全天时、全光照条件下记录交会对接过程，也可以让大众从红外镜头的视角看看太空。”
低成本打造高清画质
为了给全国人民带来高清的视觉感受，本次搭载在轨道器上的相机，其可见光谱段分辨率达到2048×2048，红外谱段选用非制冷长红外波段，分辨率为640×480。并要在此基础上实现红外和可见光同时成像，数据量巨大，研制初期产品始终无法达到任务要求的帧频。后来，经过项目团队，尤其是软件设计师近两个月的攻关，数轮头脑风暴，最终通过优化DSP软件架构和算法，提升软件运行效率，成功解决了该问题。
清晰度和帧频都满足要求了，数据传输又成了大问题。“就像一条单行道上要承载比平时多两倍的车流，要么会发生事故而停滞不前造成‘死机’，要么就要经过漫长的等待让车辆逐次通行。”产品主管设计师王峰说道，“要避免这种情况，就要从图像、视频压缩技术上下功夫。”团队经过多种尝试最终选择了先插值再压缩的方式，对不同的工作模式，采取不同的压缩算法，利用帧间相关性，提高图像质量，最后将压缩后的数据下传至地面解压恢复。
海量的处理数据，除了给软件工程师带来了极大的难题，让元器件选用也颇费周章。宇航级器件可靠性高，但运行速度相对较低，无法满足数据处理的需求。为此，设计师经综合考量，选用了工业级高性能8核处理器来提升数据处理速度，但这并不意味着对产品的可靠性要求就会降低。产品硬件工程师何峰介绍道，“除了传统的第三方机构筛选，我们还专门制定了《低等级元器件质保方案》，开展了抗总剂量辐照、热环境、力学环境、静电放电等专项试验。通过试验结果来证明我们的可靠性设计是合理有效的。”
通过算法攻关及工业级器件的选用，不仅有效控制了研制成本，也给“寸土寸金”的轨道器留出了更多运输有效载荷的空间，团队探索了一条引民用技术为航天产品所用的技术途径，同时也为时下热门的商业航天和传统航天产品降本增效提供了思路。
图：中国航天科技集团八院