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高分辨率成像科学设备

高分辨率成像科学设备（英语：High Resolution Imaging Science Experiment，缩写为HiRISE）是火星探测卫星火星侦察轨道器的摄影机。该摄影机重量65kg，造价4000万美元，在亚利桑那大学的月球与行星实验室主导下由波尔航太科技公司（英语：Ball Aerospace & Technologies）制造。该仪器包含一台口径0.5m的反射望远镜，是深太空任务中使用过最大的望远镜。该望远镜可拍摄分辨率达0.3m/px的火星表面影像。

工作人员准备将HiRISE装设到火星侦察轨道器卫星上。

直到2010年，HiRISE拍摄的影像已覆盖火星表面的1%[1]。

历史 编辑

 
HiRISE拍摄的第一张火星表面裁切影像。

1980年代晚期，波尔航太的艾伦·德拉米尔（Alan Delamere）计划制造一个高分辨率的摄影机做为未来火星样本取回和表面探测之用。2001年初他和亚利桑那大学的阿尔弗雷德·麦克尤恩（Alfred McEwen）组成团队并提出火星侦察轨道器使用的高分辨率相机建议，而NASA于2001年11月9日接受了该提议[2]。

波尔航太负责制造摄影机本体，并于2004年12月6日将制造完成的HiRISE送往NASA装上火星侦察轨道器卫星本体[3]。当时该卫星已经计划于2005年8月12日发射[4]。

在火星侦察轨道器前往火星期间，HiRISE拍摄了月球和珠宝盒星团等校准影像来协助相机做为拍摄火星表面的准备。

2006年3月10日火星侦察轨道器进入环绕火星轨道，并启动HiRISE拍摄初步影像[5]。该仪器在卫星进入气阻减速之前有两次拍摄火星表面影像的机会（首次机会在2006年3月24日），在这段期间相机将关闭六个月[6]。同年9月27日相机成功开启，并于29日拍摄首张高分辨率影像。

2006年10月6日，HiRISE拍摄了首个维多利亚撞击坑的影像，当时机会号火星探测漫游者正探测该处[7]。

2007年2月，七个感应器出现讯号退化状况，其中一个红外线频道几乎完全退化，另一个频道也发生大幅度退化。当摄影机温度增高时，这个问题看起来消失了[8]。到了3月时状况稳定下来，但当时并不知原因[9]。之后波尔航太工程人员进行实验后得到了确切的证据是类比数位转换器受到污染，导致位元翻转而产生明显噪声或影像的低劣资料，再加上设计缺陷造成传送不良类比波到类比数位转换器。之后发现可借着加热类比数位转换器逆转退化。

2007年10月3日HiRISE方向转向地球，并拍摄了地球和月球的高分辨率彩色影像，距离1.42亿公里外的地球和月球在影像中的大小分别是90和24像素[10]。

2008年5月25日，HiRISE拍摄了凤凰号火星探测器降落伞张开后下降往火星的影像。这是太空探测器首次拍摄到其他太空探测器降落到行星表面最终过程[11]。

2010年4月1日，NASA释出了HiWish计划下社会大众建议HiRISE拍摄影像区域的第一张照片。八个位置的其中一个是欧罗姆混沌地形[12]。以下第一个影像是该区域广视野影像，之后两个是HiRISE拍摄[13]。

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    本影像由2001火星奥德赛号的THEMIS拍摄，是之后HiRISE影像的广视野。黑色方框是HiRISE影像的大致位置。本影像是广大的欧罗姆混沌地形（Aureum Chaos）的一部分。点选可看大图。
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    HiRISE拍摄的欧罗姆混沌地形，是HiWish计划的一部分。位于珍珠湾区。
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    前一张影像的近距离细节，同样是HiWish计划的一部分。影像中小圆点是巨石。
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    HiRISE拍摄的可能是冰川地形，是HiWish计划的一部分。雷达探测显示该区域几乎由纯水冰组成。该区域看起来是从左侧的高地（桌山）向右移动。位于伊斯墨诺斯湖区。

目的 编辑

 
火星侦察轨道器的HiRISE和火星全球探勘者号上的火星轨道摄影机（Mars Orbiter Camera，MOC）分辨率比较

HiRISE的摄影机设计是为了观察到火星表面比之前更多的细节[14]。它可以更清楚看到火星新形成的撞击坑、并发现火星的冲积扇、黏性流体地表特征和包含角砾岩的斑点状物质积存地区[15]。科学家因此可以借此研究火星表面地表特征年龄和寻找未来火星登陆器的登陆地点，而且一般来说是要观测先前其他探测卫星先前拍摄影像区域更详细的细节。这样可以让科学家更好地研究火星上的渠道和谷地、火山地形、可能的古代湖或海、和其他存在于火星表面的地表特征[16]

社会大众现在也可以要求HiRISE拍摄指定的位置。因为这个原因和史无前例地公开让社会大众取得这些影像，团队人员在短时间内已收到许多请求并立即处理。因此该摄影机也被称为“大众的相机”（The People's Camera）[17]。

设计 编辑

 
火星侦察轨道器以HiRISE拍摄的地球和月球影像。

HiRISE在一开始就被设计做为高分辨率照相机。该仪器有一个配备大口径镜头和CCD的照相机。因此该仪器的角分辨度达到了1微弧度，或者是在300公里高度上0.3m/px（相较之下，Google Maps的卫星影像分辨率为1米[18]）。HiRISE可以拍摄三种颜色的影像：波长400到600 nm（蓝－绿或B-G）、550到850 nm（红或R）和800–1,000 nm（近红外线或NIR）[19]。

HiRISE包含一台主镜口径0.5米的反射望远镜，是至今送往地球轨道之外最大望远镜，重量64.2公斤[20]。

红色波段影像宽度20048像素（相当于300公里高处拍摄宽度6公里），而蓝－绿和近红外线波段影像宽度4048像素（相当于300公里高处拍摄宽度1.2公里）。HiRISE的内建电脑可以配合卫星的地面速度读取这些线状资料，这代表影像的长度可能是无限的。实际上，影像的长度会受到内建电脑内存容量28GB的限制。红色波段影像的最大尺寸（压缩到每个像素8位元）是大约20000 × 126000像素；或较窄的蓝－绿和近红外线波段影像可达2520百万像素和4000 × 126000像素（504百万像素）。一个未压缩单张影像容量最高可达28 Gb，但这些图像压缩后传送时容量最大为11.2Gb。这些影像会在公开的HiRISE网站以称为JPEG 2000的新影像格式公开释出[21][22]。

为了对未来登陆艇可能登陆地点进行测绘，HiRISE可以绘制出分辨率达到0.25m/px的地面立体影像。

注释 编辑

  1. ^ 微软与NASA利用天文望远镜将火星“带回”地球. NASA. 2007-12-10 [2011-12-19]. （原始内容存档于2017-06-22）. 
  2. ^ UA-Led Team's Ultra-High Resolution Camera Selected for 2005 Launch to Mars (新闻稿). UANews. 2001-11-09 [2006-06-08]. （原始内容存档于2020-05-26）. 
  3. ^ Ultra-sharp, Mars-Bound HiRISE Camera Delivered (新闻稿). UANews. 2004-12-06 [2006-06-08]. （原始内容存档于2020-05-26）. 
  4. ^ UA Team Cheers Launch of Mars Reconnaissance Orbiter, HiRISE (新闻稿). UANews. 2005-08-08 [2006-06-08]. （原始内容存档于2020-05-26）. 
  5. ^ Mars Reconnaissance Orbiter Successfully Enters Orbit Around Mars!. NASA MRO website. [2006-06-08]. （原始内容存档于2006-06-03）. 
  6. ^ UA Team Cheers Launch of Mars Reconnaissance Orbiter, HiRISE (新闻稿). NASA. 2006-03-24 [2006-06-08]. （原始内容存档于2006-06-13）. 
  7. ^ HiRISE | Victoria Crater at Meridiani Planum (TRA_000873_1780). [2011-12-19]. （原始内容存档于2006-10-23）. 
  8. ^ Spacecraft Set to Reach Milestone, Reports Technical Glitches (新闻稿). NASA. 2007-02-07 [2007-03-06]. （原始内容存档于2007-02-27）. 
  9. ^ Shiga, David. Ailing Mars camera is stable – for now. NewScientist.com news service. 2007-03-16 [2007-03-18]. （原始内容存档于2007-03-20）. 
  10. ^ Earth and Moon as Seen from Mars. NASA. 2008-03-03 [2008-06-21]. （原始内容存档于2015-06-19）. 
  11. ^ Camera on Mars Orbiter Snaps Phoenix During Landing. JPL website. [2008-05-28]. （原始内容存档于2015-09-06）. 
  12. ^ 存档副本. [2011-12-19]. （原始内容存档于2012-03-09）. 
  13. ^ 存档副本. [2011-12-19]. （原始内容存档于2016-10-03）. 
  14. ^ Alan Delamere. MRO HiRISE: Instrument Development (PDF). 6th International Mars Conference. 2003 [2008-05-25]. （原始内容 (PDF)存档于2013-02-06）. 
  15. ^ Lunar Reconnaissance Orbiter Science Targeting Meeting - Program and Abstract Volume. NASA. NASA Technical Reports Server. [2011-09-26]. （原始内容存档于2013-02-06）. 
  16. ^ Science Goals. Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona. [2006-06-07]. （原始内容存档于2013-02-06）. 
  17. ^ HiRISE. Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona. [2006-03-19]. （原始内容存档于2013-02-06）. 
  18. ^ "Google Earth FAQ （页面存档备份，存于互联网档案馆）" Google Earth Website.
  19. ^ MRO HiRISE Camera Specifications. HiRISE website. [2006-01-02]. （原始内容存档于2013-02-06）. 
  20. ^ Mission to Mars: the HiRISE camera on-board MRO （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Focal plane arrays for space telescopes III, 27–28 August 2007, San Diego, California, USA
  21. ^ HiRISE: Instrument Development (PDF). NASA Ames Research Center website. [2006-02-07]. （原始内容 (PDF)存档于2013-02-06）. 
  22. ^ Fact Sheet: HiRISE (PDF). National Air and Space Museum. [2006-02-18]. （原始内容 (PDF)存档于2013-02-06）. 

外部链接 编辑

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