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激光雷达和图像传感器助力NASA航天器探索小行星贝努


  来源: MEMS 时间:2020-10-26 编辑:清风
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10月20日是行星科学研究进程中令人兴奋的一天,因为美国国家航空航天局(NASA)的机器人航天器OSIRIS-REx实现了对小行星贝努(Bennu)的历史性着陆,以距地球2亿英里(3.34亿公里)的精确操作来收集岩石和尘土样本——这是NASA首次执行小行星表面取样任务。更重要的是,这些富含碳的样本预计将在2023年9月返回地球,相当于给人类带来“一张太阳系的婴儿照片”。这颗小行星被视为潜在威胁天体,是有可能会撞击地球的小天体之一。


OSIRIS-REx航天器接近行动从慢慢靠近到最后离开,全程持续了4个多小时,OSIRIS-REx航天器在美国东部时间20日下午6时11分确认与小行星贝努(Bennu)表面成功接触。在接触期间,航天器的特殊设备从小行星表面收集了所需岩石。这是3.3米机械臂末端的一个圆柱形装置,其“轻拍”南丁格尔陨石坑上的一个小点,持续几秒钟,释放出氮气,吹起一堆小行星碎片中的小颗粒,取样再收回到OSIRIS-REx内部。实际上,这真正的接触只有几秒钟,因此仍是在6时11分,航天器离开了小行星的表面。它将乖乖地退到安全距离,留待科学家评估它收集了多少物质。美国国家航空航天局团队成员在转播中称:“这是历史性的事件。”美国国家航空航天局确信航天器完成了这项任务且表现出色,稍后地面将收到所获取样本的确切重量以及接近小行星时的图像。美国国家航空航天局希望能拿到60克的样本,但他们表示,就算少个一两克,也不至于就不让航天器“回家”。


艺术家描绘的OSIRIS-REx航天器

艺术家描绘的OSIRIS-REx航天器


回顾历史:经过十年的准备,2016年9月8日耗资8亿美元的OSIRIS-Rex成功发射,并于2018年12月到达近地小行星贝努(Bennu)附近。在过去的20个月中,OSIRIS-REx对该小行星进行了研究,以确定在哪里取样以及如何安全地进行取样。Teledyne Technologies公司提供了对任务至关重要的数字“眼睛”。该公司的成像技术及设备在整个任务过程中运行良好,利用CCD相机拍摄可见光图像,通过激光雷达(LiDAR)测量表面拓扑结构,并使用“可见光-红外”光谱法评估表面材料成分。


OSIRIS-REx是“Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer”的缩写词,含义是“太阳系起源、光谱解析、资源识别、安全保障、小行星风化层探索者”。这是一项由美国国家航空航天局进行中的小行星研究和采样返回任务。该任务有望使科学家进一步了解太阳系的形成与演化,包含行星形成初期阶段和导致地球上生命形成有机化合物的来源。OSIRIS-REx是美国国家航空航天局的新疆界计划中第三个行星科学任务,列在朱诺号和新视野号之后。由美国亚利桑那大学的天文化学家但丁·劳雷塔(Dante Lauretta)担任计划主持人(PI)。


小行星贝努(Bennu)的可见光图像采用Teledyne CCD图像传感器拍摄,如下图所示。



照片中显示了采用Teledyne CCD图像传感器拍摄的小行星贝努(Bennu)

照片中显示了采用Teledyne CCD图像传感器拍摄的小行星贝努(Bennu)


照片中标有名为“Nightingale(夜莺)”的取样点。该取样点的图像上覆盖着OSIRIS-REx航天器的图形,表明目标着陆地点被危险的障碍物包围。该照片采用Teledyne CCD图像传感器拍摄。

照片中标有名为“Nightingale(夜莺)”的取样点。该取样点的图像上覆盖着OSIRIS-REx航天器的图形,表明目标着陆地点被危险的障碍物包围。该照片采用Teledyne CCD图像传感器拍摄。


小行星贝努(Bennu)比任何人想象的都要危险。这颗500米宽的小行星(比纽约市433米高的帝国大厦稍大一点)表面上有很大的巨石,其中最大的一颗是58米宽、22米高!当航天器着陆小行星表面时,任何较大的巨石都可能损坏航天器。OSIRIS-REx航天器上的一个至关重要的仪器是激光雷达系统,它在三个维度(3D)上测量小行星贝努(Bennu)表面拓扑结构,精度为10厘米,而着陆点和采样点的测量精度达到1厘米。Teledyne为OSIRIS-REx航天器提供两个激光雷达。


通过激光雷达系统的2000万次测量生成的结果:小行星贝努(Bennu)三维视图。激光雷达系统通过向小行星发射激光脉冲并测量激光从小行星表面反弹并返回到仪器所需的时间来获得距离测量值。

通过激光雷达系统的2000万次测量生成的结果:小行星贝努(Bennu)三维视图。激光雷达系统通过向小行星发射激光脉冲并测量激光从小行星表面反弹并返回到仪器所需的时间来获得距离测量值。

关键词:Teledyne 激光雷达 图像传感器 光谱仪    浏览量:4363

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