神舟十二號飛天｜扒一扒火箭上的攝像頭：有多少？裝在哪？有何用？

2021年6月17日，神舟十二號載人飛船發射成功。

神舟十二號載人飛船在長征2F運載火箭的託舉下，以一往無前之勢衝入澄澈霄漢。

根據中國載人航天工程辦公室釋出的訊息，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波乘神舟十二號載人飛船前往空間站天和核心艙。按計劃，他們將在太空駐留長達三個月。

舉國上下觀看了發射升空震撼一幕，火箭各個分離動作一目瞭然、盡收眼底，未來，我們也將看到航天員們在飛船上的一舉一動。

你是否會好奇，火箭上有多少個攝像頭，它們都裝在哪，除了讓我們一飽眼福，還有什麼作用？

攝像頭：中國長征家族系列火箭標配之路

國人第一次感受到中國火箭升空一霎那、各助推器分離的視覺衝擊，是在16年前。

2005年10月12日，神舟六號發射，火箭上的攝像頭拍下了從點火到船箭分離的全過程。

在火箭上安裝攝像頭並實時傳輸影象，不僅是中國載人航天發射的首次，在中國所有航天發射的運載火箭上也是第一次。

這個「第一次」，得益於兩個方面的發展：

一是遙感技術。前五次「神箭」的成功發射經驗積累上，中國在遙測參數上進行優化，為影象傳輸提供足夠的通道和空間，使得攝像頭可將影象與遙測參數在發射時同步傳輸給地面。

二是影象壓縮技術的發展。

儲存開銷低(適合機載條件)、實時性強(時延小)、恢復影象質量好(失真小)的高倍視訊數字壓縮編碼技術有不少進步。

神舟六號的箭體上裝載了兩個攝像頭，之後，神舟七號飛船發射任務的長征二號Ｆ型火箭加裝了第三個攝像頭。

此後，火箭上的攝像頭越來越多。

中國運載火箭技術研究院所屬北京宇航系統工程研究所影象測量系統主任設計師馮輝介紹，一枚火箭，少則有兩三個，多則十幾個，甚至數十個攝像頭，如長二丙火箭有2個攝像頭，長三甲火箭有3個攝像頭，我國新一代運載火箭長征七號有11個攝像頭，長征五號火箭則有20個攝像頭。

• 攝像頭都安裝在哪裡？

神舟六號箭體上的兩個攝像頭，分別安裝在整流罩內和火箭二級芯體中間部位，火箭發射升空過程中，兩個攝像頭可對助推器分離、一二級分離、整流罩分離、箭船分離等動作進行跟蹤拍攝，並實時傳輸到地面。

長征五號，我們看到的助推器視角的攝像機如下圖紅圈處，在二級中部，共4個，均勻分佈。

圖片來源：見圖中標註

2016年，長征七號運載火箭搭載了11個攝像頭。

4個助推器的發動機尾艙各裝一個，一級尾艙2個，二級儀器艙外壁3個，二級尾艙2個。

圖片來源：CCTV 13

不知不覺中，我們已經通過視訊見證了火箭發射升空畫面16年。

從無到有，從有到多，中國航空航天技術日新月異，從火箭上傳送回來的畫面越來越多，角度越來越豐富，而攝像頭，也逐漸成為中國運載火箭的標配。

• 這些攝像頭都發揮什麼作用？

攝像頭也叫影象實時測量系統，它們主要的職責就是監視火箭飛行過程中的關鍵分離動作，包括助推器分離、級間分離、星箭分離等。

火箭內部的發動機工作情況和資料指標等，都需要由攝像頭提供第一手的畫面監控。

比如上面提到的神舟六號發射時，運載火箭上安裝的第三個攝像頭，承擔了四個重任：

1、監測主發動機工作情況

2、監測4個遊機的擺動情況

3、監測二級尾艙的熱情況

4、監測二級增壓管路做‘鋁改鋼’技術改進後的效果

長征七號攝像頭達11個，可執行的任務也更多。

比如分別位於助推器和一級尾艙的攝像頭，用於監測飛行過程中尾艙內的發動機和伺服機構，以及相應尾艙內的環境。

二級儀器艙外壁攝像頭，觀測飛行過程中助推器分離和一級分離動作。

僅僅有可見光的攝像頭還不夠，由於火箭對溫度高度敏感，這就需要紅外攝像頭配合掌握它的實時情況。

在二級尾艙的兩個攝像頭裝置，一個是可見光，一個是紅外，也是為了觀察級間分離的過程。

紅外裝置可以監視二級發動機在工作過程中整個溫度場分佈，還有一個在整流罩內部，位於飛船支架上，觀測飛行過程中有效載荷和火箭的分離。

• 這些攝像頭有什麼要求？

由於火箭在太空中飛行的環境複雜，箭體上的攝像裝置要滿足以上要求，首先需要考慮的一個問題就是成本。

在光學元件生產工藝上，設計師用整機測試體嗲零部件測試，降低測試費用；

在管理模式上，用組批訂貨、組批生產、組批驗收的產品化管理模式，讓成本降低了60%。

此外是所處環境。

為了保證對火箭的全程監控，在火箭不同位置各司其職，其實也是全副武裝。

神舟六號運載火箭中，二級尾艙有5個發動機，溫度高、震動大、亮度強，工作環境十分惡劣，對攝像頭提出極高的要求。

對於機身，因冷熱突變，需要對攝像機整個機身進行防熱和抗振處理，以及保溫措施。

對於鏡片，需要採用耐高溫材料，比如長征二號Ｆ型火箭採用的就是抗高溫的石英玻璃片做鏡頭；

對於拍攝過程，需要攝像頭有可調節裝置，為了更好拍攝尾艙裡的火焰，長征二號Ｆ型火箭攝像頭裝配了能夠隨亮度自動調整的濾光片。

而對於飛行中整流罩拋罩前後光線的明暗變化、箭體轉動時可能出現的迎光和背光位置交替現象等則採用增加照明裝置、補充光線、提高照度來解決。

另外，在火箭艙內的攝像頭，在周圍漆黑一片的情況下，要自帶LED光源進行補光，而艙外的攝像頭雖然不用補光，但卻需要保證攝像頭在火箭外壁上站得穩，同時還需要一件「防熱衣」，對抗起飛後的摩擦急劇升溫。

為什麼攝像機清晰度看起來很低？

有人可能發現了，我們看到的攝像頭畫質並不高清，解析度很低。

你感覺的沒錯，據瞭解，目前箭載攝像頭都是標清裝置。

目前4K、8K視訊技術在不少領域應用，為何航天航空的視訊沒有應用？

1、成本

成本是極其重要的考量因素。

以神舟載人飛船為例，不少攝像頭安裝在箭體上，即助推器和二級火箭發動機附近。

火箭的作用，是提供足夠的推力，使飛船擺脫地心引力，當火箭將飛船送入大氣層，箭體完成任務後將廢棄。

此外，飛船的飛行任務結束後，返回地球中，推進艙會在大氣層中燒燬，軌道艙在軌飛行一段時間後也會進入大氣層燒燬。

這意味著安裝在飛船上的攝像頭也會在這個過程毀壞。

因其一次性屬性，在質量和成本的權衡下，攝像頭滿足基本要求即可。

2、訊號傳輸

視訊是由一張張圖片連線起來形成的動態影象序列，高解析度畫質意味著高資料量。

若直接將每張圖片的每一個畫素點資料都加以儲存和傳輸，視訊碼流所佔用的頻寬將不可估量。

畫質越好，位元速率越高；位元速率越高，頻寬越大；頻寬越大，傳輸越難。

高清的視訊是對訊號傳輸能力巨大考驗。

雖然中國在啟用天鏈中繼衛星後，監控和傳輸能力都有所提升，但天地傳輸能力依然有限。

遙測頻寬的限制下，畫質的提升意味著要投入更多的研發成本，而這些成本對於發射任務本身，必要性不大。

在此背景下，他們選擇將傳輸通道讓位於更有用的資料。

3、重量

鑑於火箭飛行以及太空的環境特殊，選擇航天器各配件時，質量大小是一項極其重要指標，攝像頭的要求之一是夠輕。

為了更高的畫質導致攝像頭重量增加，運載火箭的負擔勢必也會增加。

視訊的畫質並非必要選項，完全可以省下攝像頭的重量，放置其他更重要的東西，因此也適當放寬了對攝像頭的畫素要求。

4、改動成本大

有業內人士提到，運載火箭是一個龐大而複雜的系統，在火箭上加任何東西，做任何改動，都要經過全面完整的論證。

要通過電波將影象傳回地面，就要增加電波傳輸裝置，對整流罩，對飛船的影響如何，必須全面考慮。所以在傳回地面的每一幅影象背後，都有著許多細緻入微的工作做支撐。

同樣，神舟飛船也如此。

「中國航天一直講求實用為主，所以能省的變動都省了。」他說，「為保持飛船整體狀態的連續，保證飛船的可靠性，不輕易改變飛船內的裝置佈局，尤其是艙內攝像頭這種不涉及核心技術問題的裝置。」

其實我們並非沒有相關技術：

比如有業內人士指出，航空航天器上的攝像頭，解析度都在2w*2w以上，普通民用電腦和手機完全承受不住衛星照片的壓力。

而我們一般看到的衛星圖片，大多經過多級壓縮。

比如探月衛星的月面全綵照（Base64加密傳輸技術）可達到單張圖片20G左右、解析度70000*120000左右，更有航天攝像機達到了億級畫素。

又比如2019年10-12月間，北京中聯合超高清協同技術中心（超高清視訊製作技術協同中心）與中國衛通集團等單位，在中國衛通北京地球站成功完成了全國第一例8K超高清視訊的衛星傳送接收測試。

目前火箭上攝像頭的畫質，是多重因素下的綜合選擇。

當然，如果有一款畫質好、可靠性高、能夠適應太空環境、成本低廉、重量輕的攝像機，而且有高效的訊號實時傳輸技術的話，何樂而不為。

我們也相信在將來，隨著航天技術的不斷髮展，火箭也能用上高清攝像頭。

中國航天，一個值得自豪的名詞

從無到有，從有到多，從火箭上傳送回來的畫面越來越多，角度越來越豐富，中國航天技術日漸發展。

近幾年，中國航空屢次取得重大進展，上火星、探月球逐一達成。

從神舟載人飛船出艙到天宮發射，從天宮實驗室到北斗導航系統初步形成，從嫦娥二號到嫦娥四號實現人類首次登月，從成功地首飛長五長七號新型火箭到國產500噸火箭發動機，中國航天走出一條艱辛又欣欣向榮的道路。

遙記2019年1月3日，嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面。

嫦娥四號是人類歷史上首次實現航天器月球背面軟著陸和巡視勘察，是首次實現月球背面同地球的中繼通訊。

中國航天首次將「人類」兩字放到了「首次」前。

今朝的6月17日，神舟十二號與天和核心艙完成對接，中國人首次進入自己的空間站。

「自己的空間站」六個字，有太多不可思議、太多故事、太多攻堅。

當初，西方排擠中國參與國際空間站。

如今，由美國主導的國際空間站日益老化，即將退役，彼時中國的天宮空間站將是人類唯一的一個空間站。

歐美等軍事強國對中國航天的嚴格技術封鎖，一直持續到今天。

在嚴格封鎖甚至是打壓下，中國航天奮鬥二十餘年，自力更生，躋身第一梯隊，得今日之成就。

不得不承認，「中國航天」是一個值得自豪的名詞。

如今，中國可以在浩瀚的星辰大海乘風破浪，逐夢蒼穹。

在此，誠摯感謝一代又一代的中國航天人。雷鋒網雷鋒網雷鋒網