嫦娥二号全月图诞生记

　　“嫦娥一号”为“嫦娥二号”提供了成功的经验，而“嫦娥二号”探月任务的完美谢幕，特别是7米分辨率全月图的制作成功，又给“嫦娥三号”的腾飞铺平了道路。那么作为“嫦娥二号”标志性成果的全月图是如何制作出来的呢？

　　2007年10月24日，我国成功发射“嫦娥一号”卫星，实现了对月球的全球综合环绕探测，完成了我国探月工程发展规划的第一步，即“绕、落、回”中的“绕”月飞行。这是继人造地球卫星、载人航天飞行取得成功之后，我国航天事业发展的又一重大里程碑。“嫦娥一号”的成功，实现了中华民族千年的奔月梦想，也让中国人睁开了探索宇宙奥秘的双眼，更标志着中国已经进入世界上为数不多的、具有深空探测能力国家的行列。

　　2008年2月，国务院批准探月工程二期立项，即发展规划中的“落”的阶段。二期工程的主要目标是实现飞行器在月面软着陆，开展月面探测与自动巡视勘察。在这一阶段，我国的科研人员要面对的挑战更大。首先，作为第一步，要对软着陆任务的关键技术进行先期飞行试验，并开展备选着陆区高分辨率成像，这对于降低软着陆风险、积累工程技术经验意义重大。在对二期任务进行了深入研究，同时对软着陆的关键技术和关键环节完成梳理后，被命名为“嫦娥二号”的探测任务由国务院批准实施。

　　“嫦娥二号”最重要的任务目标，就是利用CCD立体相机在15千米高度的近月点，对后续的“嫦娥三号”任务预选着陆区开展高分辨率成像试验，分辨率优于1.5米；在100千米高度的环月轨道，获取分辨率优于10米的月球表面三维影像数据。

　　这一系列的复杂过程主要分四步完成，首先，根据测试目标和探测任务，调整探测器和有效载荷的在轨工作状况；第二步通过CCD相机进行全月球表面成像，并向地面台站发送信号；第三步是接收信号；第四步是对接收到的数据进行处理，并制作成图。到目前为止，“嫦娥二号”的这些试验项目均已圆满完成，而且成果显著。

　　我们现在就来看看这些高分辨率的全月图究竟是怎样诞生的。

　　CCD立体相机是“嫦娥二号”卫星上搭载的用于拍照和成像的主要仪器。它采用时间延时积分电荷耦合器件（简称TDI　CCD），沿着卫星飞行方向，以线阵推扫成像的方式同时获取前视和后视两个视角的影像数据。这两台CCD相机共用一套光学系统，它们平行地安装在焦平面上，像元数均为6144元，像元尺寸为10.1微米×10.1微米。在100千米的轨道上，月球标准椭球面上的空间分辨率为7米，成像幅宽约为43千米；在15千米轨道上，空间分辨率约为1.5米，幅宽约为9.2千米。

　　在拍摄过程中，由于探测器在不断地运动，所以探测器上的控制仪器必须根据飞行的轨道高度和速度等参数自动调节拍照时的各项仪器参数，以保证平行和垂直飞行方向上的月面分辨率一致，减少图像的变形。与此同时，相机的各项照相参数也需要根据光照条件进行调整，CCD相机设置了16级，32级、48级、64级和96级等五档积分级数，0.7、1.0和2.0等三档信号增益；“曝光速度”也需根据轨道高度和月面移动速度实时调整，在100千米高的轨道上扫描行频为169行／秒～301行／秒，15千米高轨道时甚至达到833行／秒～2200行／秒，形象地说，最快时，每秒钟要照2200张照片。

　　相机拍摄的影像数据被采集后，会形成CCD立体相机的原始数据源包，存储在卫星上的大容量存储器中。在“嫦娥二号”卫星进入我国上空时，卫星上大容量存储器中的相机原始数据经编码和调制后，通过下传天线向接收站发送。地面应用系统接收到这些数据后，经数据预处理就可以生成CCD相机的各级数据产品，并在此基础上制作月球影像图。

　　在轨运行和数据获取

　　“嫦娥二号”卫星于北京时间2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心成功发射，直接进入奔月轨道，经过1次轨道中途修正、三次近月制动后，顺利进入轨道高度约100千米的极轨环月轨道。

　　北京时间10月24日16时49分，“嫦娥二号”：卫星上的CCD立体相机首次开机工作，成功获取了月球影像数据。10月26日21时27分，“卫星成功进入100千米×15千米的椭圆试验轨道，对“嫦娥三号”任务预选着陆区进行高分辨率成像。经过约2天的环月飞行，总共获取了19轨影像数据。地面应用系统实时接收了下传数据，并选取了位于虹湾局部区域的一轨影像，制作了“嫦娥二号”虹湾局部影像图。11月8日，国家国防科技工业局为该影像图举行了揭幕仪式，中共中央政治局常委、国务院总理温家宝出席揭幕仪式并为影像图揭幕。这标志着“嫦娥二号”任务所确定的工程目标全部实现，科学目标也按计划开展，也标志了探月工程二期的“嫦娥二号”任务取得圆满成功。

　　北京时间2010年10月29日，“嫦娥二号”卫星重新返回100千米高的极轨圆形环月工作轨道，到11月2日完成了全部在轨测试工作，开始转入科学探测运行阶段。CCD立体相机在在轨测试阶段总共获取了53轨影像数据，其中19轨是在15千米轨道高度获取的，其余34轨是在100千米轨道高度获取的。在科学探测运行阶段，CCD立体相机在100千米高的轨道上共获取了370轨数据，基本完成了南北纬70度以内影像数据覆盖。

　　为了获取全月球影像数据，从2011年4月22日开始，“嫦娥二号”卫星调整轨道倾角，进行南北两极影像的补拍。到5月20日，共获取了168轨极区影像，完成了100千米轨道、7米分辨率全月球100％覆盖的影像数据获取。之后，“嫦娥二号”卫星再次调整至100千米×15千米的轨道高度，对虹湾地区进行了第二次高分辨率成像，共获取了16轨影像数据。至此，“嫦娥二号”卫星上的CCD立体相机共获取了607轨影像数据，完成了全部探测任务。

　　2011年6月9日，“嫦娥二号”卫星飞离月球，经过77天的飞行，于8月25日23时24分到达日地系统的拉格朗日L2点绕飞轨道，距离地球约115万千米至175万千米之间，在L2绕飞轨道上，“嫦娥二号”开展了空间环境探测，进行了大量工程技术试验。

　　数据接收、处理和图集制作

　　“嫦娥二号”卫星的科学探测数据由地面应用系统采用北京密云站和云南昆明站同时接收，接收天线口径分别为50米和40米，数据接收码速率为12Mbps。卫星探测信号经天线收集、放大后，进行解码、解调、同步、解扰和译码，并落地记录存储：同时传输到地面应用系统总部进行数据处理，圆满完成了全月球高分辨率影像数据的传输任务。

　　嫦娥二号7米分辨率全月球影像图是使用嫦娥二号CCD相机拍摄的原始数据，经过数据预处理、测区数据组织与处理、几何配准、分幅裁切与投影转换、全月球数据镶嵌等过程后制作完成的。制图过程采取了严格的质量检查和表格化管理方式，对影像图制作过程进行了有效的质量控制：制作的影像图色调一致，层次丰富，图像清晰；相邻轨数据配准精度优于2个像元，实现了对全月球影像的“无缝”镶嵌；影像图综合定位误差平均为762米。

　　“嫦娥二号”全月球数字影像图分为7米和50米两种分辨率发布。其中50米分辨率全月数据约100GB，7米分辨率全月球数据约800GB。为了减少全月球影像图的变形，在数据生产和发布时，50米分辨率全月球影像数据采用经纬度分幅法，将全月球数据划分为188个基础图幅。而7米分辨率全球影像图则在50米分辨率的188个基础图幅上，把每个图幅又平均分成了4份（靠近极点处单独成为一幅），这样共有746个图幅。

　　月球的美丽和神秘让无数人为之神往，而经过我国航天人的不懈努力，“嫦娥二号”不仅圆满完成了各项飞行任务，更为我们获取了高分辨率的全月球影像图和其它的月面影像。这些图像不仅为后续的“嫦娥三号”奔月提供了登陆点选择的重要参考，也在世界航天和探月史上写下了浓墨重彩的一笔。让我们一起期待着“嫦娥三号”的成功，一起为我国航天事业的再次腾飞加油！

　　（责任编辑：郭晓博）