要上太空的相機(jī)會(huì)面臨哪些挑戰(zhàn) 探索宇宙的“眼睛”(2)

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2025-07-16 22:20:13 中國(guó)科技新聞網(wǎng)

宇宙環(huán)境中的壓強(qiáng)接近真空，濕度為絕對(duì)干燥狀態(tài)。這些因素也會(huì)對(duì)相機(jī)的靈敏度造成影響，降低成像質(zhì)量。具體表現(xiàn)為：真空會(huì)導(dǎo)致材料揮發(fā)、密封失效或結(jié)構(gòu)變形。由于缺乏空氣對(duì)流散熱，熱量只能通過(guò)輻射散失，導(dǎo)致散熱速度極慢，溫差的變化也會(huì)導(dǎo)致鏡頭折射率變化，引入像差。在近乎全黑環(huán)境下，微弱星光、宇宙射線、傳感器暗電流均會(huì)產(chǎn)生偽信號(hào)，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。

普通的相機(jī)到了太空中，顯然不能拍出清晰的照片。這不僅涉及相機(jī)材質(zhì)上的不同，更關(guān)鍵的是太空極端環(huán)境帶來(lái)的多重挑戰(zhàn)：氣壓變化、極端高低溫變化、極端輻射環(huán)境。具體表現(xiàn)為：

- 材料與結(jié)構(gòu)無(wú)法承受極端環(huán)境：普通相機(jī)的外殼、密封件和潤(rùn)滑劑無(wú)法適應(yīng)真空或極端溫度。 - 電子元件缺乏抗輻射設(shè)計(jì)：普通相機(jī)的傳感器和電路板會(huì)因輻射快速失效。 - 光學(xué)系統(tǒng)未針對(duì)空間環(huán)境優(yōu)化：普通鏡頭的鍍膜和透光率無(wú)法適應(yīng)太空中的強(qiáng)光或弱光條件。 - 散熱與熱控缺失：普通相機(jī)依賴空氣對(duì)流散熱，在真空中無(wú)法通過(guò)這一途徑散熱，會(huì)因過(guò)熱導(dǎo)致性能下降。

為了使相機(jī)適應(yīng)太空環(huán)境，相機(jī)需要具備一些特殊能力：

- 采用多層隔熱材料、熱輻射器、相變材料或主動(dòng)加熱/冷卻系統(tǒng)。 - 使用抗輻射加固的電子元件、屏蔽材料和冗余電路設(shè)計(jì)。 - 使用無(wú)揮發(fā)性潤(rùn)滑劑、真空密封接頭和抗真空出氣的材料。 - 采用剛性框架、鎖緊機(jī)構(gòu)或主動(dòng)姿態(tài)控制系統(tǒng)。 - 使用大尺寸傳感器、多光譜成像、HDR合成或低溫冷卻等技術(shù)。

為了確保相機(jī)適應(yīng)外太空極端環(huán)境，科研團(tuán)隊(duì)提出在實(shí)驗(yàn)室造一個(gè)“宇宙環(huán)境模擬器”的新思路，專業(yè)的說(shuō)法叫做低溫真空冷背景模擬系統(tǒng)，或者極低溫紅外目標(biāo)模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)用成熟的真空罐作為測(cè)試環(huán)境平臺(tái)，既可以模擬真空環(huán)境，還可以克服實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度變化帶來(lái)的測(cè)試不穩(wěn)定性。

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