杨秉新

（北京空间机电研究所，北京 100094）

0 引言

中国的第一颗返回式卫星是国内第一代普查照相卫星，主要任务是对重要战略目标进行照相普查，并对目标进行定位。该卫星装有一台胶片型可见光相机（以下简称相机）和一台胶片型星相机。相机拍摄地面目标，把信息记录在胶片上。在相机拍摄每幅照片的同时，星相机拍摄一幅恒星照片，记录摄影时刻的卫星姿态，用于确定所拍摄地面目标的位置。拍摄好的胶片经过暗道，被卷绕到回收片盒中，回收片盒随卫星返回舱一起返回地面，胶片经过冲洗等处理后提供用户使用。

相机是遥感卫星的核心有效载荷，是集光学、精密机械、电子技术、热控等为一体的精密仪器。该相机于1967年开始研制，到1975年卫星成功发射，先后共研制了10台，除获取大量国外有价值的照片外，还提供了国内部分地区的照片，圆满地完成了侦察和国土普查任务。

多次成功的飞行试验表明，相机设计方案正确，各项主要技术指标均达到了设计要求，相机的光学、结构和电子线路工作协调可靠，所摄照片影像清晰。

本文回顾了相机的研制历程，给出了主要任务、方案选择、基本原理和主要参数，对照相质量进行了评价，最后与美国同类相机进行了比较。

1 研制历程

1967年到1969年为初样相机研究阶段，研制出了温控相机、电性相机和初样相机。1967年11月开始进行相机方案论证和初样相机的设计，1968年8月完成初样相机的设计工作，1969年8月完成了初样相机的总装调试工作，同年10月在伊尔-14飞机上进行了首次机载照相试验。相机从设计到机载试验经历了两年多的时间。

1970年到1978年为正样研制阶段（01批）。首先对初样相机存在的问题进行了分析研究，做了大量的改进设计，除了狭缝部件外都做了较大的修改，着重解决输片问题，提高传动系统的同步精度，提高了成像质量和可靠性，01批共研制了5台相机。1974年完成2台正样相机研制，1974年因火箭故障，相机没有得到考验，1975年11月26日第一颗返回式卫星发射成功，同年11月29日成功返回地面，相机系统获得圆满成功，首次从空间拍摄地面目标，成像品质满足设计要求，图1为第一代胶片型航天相机和拍摄的照片。

图1 第一代胶片型航天相机和所拍摄的机场照片Fig.1 First generation film space camera and the picture taken by the camera

相机的主要任务是国土资源普查和重要战略目标的侦察。从照片上可以发现矿藏、地面植被、机场、港口、码头、铁路、公路、大型桥梁、大型舰船等目标。

2 相机的方案选择、主要参数和基本原理

2.1 相机方案和主要参数

根据相机摄影分辨率等技术要求，对棱镜扫描式全景相机和节点式全景相机两种方案进行分析比较，当时认为节点式相机存在镜头节点位置找不准、胶片展平等困难，选择了棱镜扫描式全景相机方案。

相机的主要参数见表1。

表1 相机的主要参数Tab.1 Main parameters of camera

2.2 相机的基本原理

棱镜式全景相机原理见图2。在镜头前面放置两块道威棱镜，其旋转轴与卫星飞行方向平行。照相时，棱镜转动扫描地物，来自景物的光线，经过棱镜后进入镜头，通过狭缝成像在运动的胶片上，狭缝位于胶片前面，它只能使沿飞行方向一窄条胶片曝光，对应着地面与飞行方向平行的一条景物。当棱镜扫描到A处时，地面一条景物被拍摄。随着棱镜的转动，地面一条条景物相继曝光，扫描到B处时，地物的光线不再进入镜头。这样从A处到B处拍摄成一幅全景照片。照相时，胶片以一定的速度从供片盒卷到收片盒，为了成像清晰，必须保证棱镜扫描产生的像速度（Vi）与胶片运动速度（Vf）大小相等、方向相同，通常称之为速度同步。

式中 Vf为胶片的运动速度；Vi为棱镜扫描产生的像速度；f为相机的焦距；ω为棱镜照相时的扫描角速度。

图2 棱镜式全景相机原理Fig.2 The principle of prism panoramic camera

棱镜匀速转动60°照相，对应地面扫描角120°，为了节省胶片，减少两幅照片之间的间隔，棱镜不照相时快速转动120°，胶片仍以匀速运动，当棱镜Ⅱ处转到A处时，重新开始拍摄下一幅照片，棱镜转动一圈拍摄两幅全景照片。

3 相机成像品质和评价

3.1 成像品质

实验室测试的数据和从卫星上拍摄的靶标定量评定结果表明，相机的动态摄影分辨率达到了设计要求（实际上相机地面中心摄影分辨率优于设计指标）。

照片中可以识别的目标有：

1）机场：机场跑道、滑行道、停机坪、机窝以及跑道配置形式。照片中心部分能判读出机场远距导航塔、近距导航塔、油库、弹药库。有些照片有飞机显示，最好的照片上能判读出战斗机形，大体可以估计飞机数量。

2）港口：码头、防波堤，有的照片可以判读出造船设施、港口建筑、停泊的大型舰船和行驶的船只，有的可以判读出水上机场。

3）宇航发射场：技术阵地、发射阵地、发射架、行政后勤区，附属设备如机场、燃料库等。

4）交通：公路、铁路、交通枢纽、立交公路、火车编组站以及铁路公路桥等。

5）工业：矿山作业区、冶炼厂各种厂区、热电厂等，有的照片可判出飞机制造厂和船舶制造厂。

6）城市：街道、楼房、水陆交通线等。

7）地貌：山地、丘陵、平原、岛屿、森林、沼泽、沙漠、湖泊、河流等。

3.2 相机评价

1975年我国自立更生研制成功相机是我国遥感技术重大技术创新，开创我国航天侦察新领域，提供现代化的对地观测手段，使我国继美苏后第三个掌握航天相机技术国家，为我国航天相机事业奠定技术基础，随后研制成功第二代胶片节点式普查全景相机、航天测绘相机等。

相机成功之处：相机设计方案正确，达到设计要求；相机可靠性高，成功率达到 100%；许多技术可用于其它航天相机上。

4 与国际同类相机比较

表2是棱镜扫描式全景相机与美国第一代胶片型全景相机KH-1（1999年解密）的性能比较。

表2 中美第一代航天相机主要性能比较Tab.2 Comparison of main performance of the first generation space camera between Chinese and US

从表2可以看出，棱镜扫描式全景相机达到国际同类相机的水平，该相机焦距、扫描角、胶片宽度和装片量优于的美国第一代胶片型全景相机KH-1。

5 结束语

第一代胶片型全景相机是在原6711工程组同志们的共同努力下研制成功的，在这一难忘的日子里，深切缅怀去世的倪志生、耿立中和乌崇德同志，在此向所有支持和做出贡献的同志致敬。

References)

[1] 杨秉新. 影响棱镜扫描式全景相机照相质量的主要因素[J]. 中国空间科学技术, 1990, 10(6): 57-63. YANG Binxing. The Main Factors Influencing the Photographic Quality of the Prism Scanning Panoramic Camera[J]. Chinese Space Science and Technology, 1990, 10(6): 57-63. (in Chinese)

[2] 闵桂荣, 林华宝. 中国的返回卫星[J]. 中国空间科学技术, 1990, 10(6): 6-10. MIN Guirong, LIN Huabao. Chinese Recoverable satellite[J]. Chinese Space Science and Technology, 1990, 10(6): 6-10. (in Chinese)

[3] 陈世平, 杨秉新, 王怀义, 等. 空间相机设计与试验[M]. 宇航出版社, 2003: 72-77. CHEN Shiping, YANG Binxing, WANG Huaiyi, et al. The Design and Test of Space Camera[M]. China Astronautic Publishing House, 2003: 72-77. (in Chinese)

[4] 王希季. 阿金纳通用末级与照相侦察卫星[C]. 王希季院士文集. 北京: 中国宇航出版社, 2006: 17-22. WANG Xiji. The Agena General upper Stage and Photographic Reconnaissance Satellite[C]. Anthology of Academician Wang Xiji. Beijing: China Astronautic Publishing House, 2006: 17-22. (in Chinese)

[5] Frank M. The Corona Camera System: ITEK´ Contribution to World Security[J]. Journal of the British Interplanetary Society, 1999, V01.52: 379-396.

[6] 白珊, 杨秉新. 航天侦察相机的发展和贡献[J]. 影像技术, 2003(4): 42-45. BAI Shan, YANG Bingxin. Development and Contribution of Space Reconnaissance Camera[J]. Image Technology, 2003(4): 42-45.(in Chinese)

[7] 蔡俊良. 航空摄影的进展和我国的现状[J]. 四川测绘, 1995, 18(3): 99-109. CAI Junliang. The Progress of Aerial Photography and the Present Situation of Our Country[J]. Surveying and Mapping of Sichun, 1995, 18(3): 99-109. (in Chinese)

[8] 邢绍美. 返回式卫星回收片盒壳体成形与缺陷消除[J]. 航天返回与遥感, 2002, 23(1): 42-45. XING Shaomei. Returnable Satellite Recovery Cassette Shell Forming and Eliminating Defects[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2002, 23(1): 42-45. (in Chinese)

[9] 杨秉新. 国外航天胶片型测绘相机发展概况[J]. 国际太空, 2004(9): 24-28. YANG Bingxin. Development Survey of Foreign Space Film Type Mapping Camera[J]. Space International, 2004(9): 24-28.(in Chinese)

[10] 马文坡. 航天光学遥感技术[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 2010. MA Wenpo. Space Optical Remote Sensing Technology[M]. Beijing: China Science and Technology Press, 2010. (in Chinese)