要上太空的相機(jī)會面臨哪些挑戰(zhàn) 探索宇宙的“眼睛”(2)

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2025-07-16 22:20:13 中國科技新聞網(wǎng)

在輻射方面,，宇宙空間中存在大量的宇宙射線,、太陽風(fēng)等高能粒子,，這些粒子對電子設(shè)備具有毀滅性傷害。它們會穿透相機(jī)外殼,，破壞電子元件（如傳感器,、存儲器）,，導(dǎo)致圖像噪聲增加或設(shè)備故障。地球表面有臭氧層吸收部分宇宙射線,，地表輻射約0.3μSv/h,，而航天器需鉛、聚乙烯等屏蔽材料進(jìn)行防護(hù),。在太空環(huán)境中,，輻射無處不在，相機(jī)設(shè)備需要同時(shí)應(yīng)對光照強(qiáng)輻射和背陽面弱輻射的雙重狀態(tài),。

宇宙環(huán)境中的壓強(qiáng)接近真空,，濕度為絕對干燥狀態(tài)。這些因素也會對相機(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。由于缺乏空氣對流散熱,，熱量只能通過輻射散失,，導(dǎo)致散熱速度極慢，溫差的變化也會導(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,、傳感器暗電流均會產(chǎn)生偽信號，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)無法承受極端環(huán)境：普通相機(jī)的外殼、密封件和潤滑劑無法適應(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因輻射快速失效,。 - 光學(xué)系統(tǒng)未針對空間環(huán)境優(yōu)化：普通鏡頭的鍍膜和透光率無法適應(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)依賴空氣對流散熱,，在真空中無法通過這一途徑散熱,，會因過熱導(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)。 - 使用無揮發(fā)性潤滑劑,、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),。

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