神舟十八号宇宙级出品！在轨拍摄地球美景，航天员怎么拍出来的？

世界摄影日是全世界摄影师及摄影爱好者的节日，在每年的世界摄影日，我们都会欣赏到摄影师拍摄的绝美照片。2024年世界摄影日，我们有幸欣赏到来自太空摄影师的“空间站大片”。

阳光普照。图片来源：中国载人航天微信公众号 拍摄/航天员叶光富

窗外蓝星。图片来源：中国载人航天微信公众号 拍摄/航天员叶光富

壮美山河。图片来源：中国载人航天微信公众号 拍摄/航天员叶光富

这位太空摄影师是叶光富，神舟十八号载人飞船指令长。他通过空间站的舷窗捕捉到了地球璀璨夺目的美景，一幅幅超越想象的“空间站大片”震撼来袭。在欣赏太空美景时，我们会想，拍摄这样的照片需要哪些条件呢？

空间站舷窗：观看太空的“窗户”

要想在空间站“出片”，首先你需要一个绝佳的观景窗口。这个观景窗口便是舷窗，舷窗是指具有水密性或气密性的圆形或特定形状窗，具有通风、采光和观赏功能。

在空间站中，舷窗不仅是航天员观赏地球美景的窗口，更是观测航天器运行状态、进行科学实验和保障航天员安全的关键设施，这种类似于汽车挡风玻璃的窗口，为航天员的“出片”提供了先决条件。

空间站舷窗。图片来源：图虫创意

玻璃越来越亮，照片越来越清晰

舷窗作为观察外界的窗口，首先要具有高清晰度。如果将中国航天员在太空拍摄的照片放在一起对比，不难发现，从神舟五号到天宫空间站，航天员拍摄的照片清晰度越来越高，这背后离不开透亮的舷窗。

开车的朋友都会有这样的经历，长时间行车会在挡风玻璃上出现很多污渍，这在很大程度上影响了我们观察外界的清晰度。舷窗也是一样，特别是在外太空中高能粒子的冲击和摩擦下，表面很容易被刮花。

针对这个问题，中国科学院上海硅酸盐研究所研发了一种高科技防污染涂层，该涂层犹如一层隐形的护盾，保护舷窗免受宇宙尘埃与粒子的侵扰，确保航天器的“慧眼”始终清澈明亮。该项技术为航天员提供了绝佳的观看体验，可以清晰地领略地球家园的绝美风光。

空间站舷窗由什么高科技材质组成？

空间站在近地区域以椭圆形轨道绕地球运动，周期性地进入地球阴影区和日照区。这种快速的位置变化导致了空间站巨大的温度波动，最大温差可超过200℃。

我们知道，如果给盛装热水的玻璃杯立即装入冷水，玻璃杯会有爆裂风险，空间站的舷窗玻璃也是一样，普通玻璃很难耐受如此大的温差。那么，什么材质才能受此“重任”呢？

熔融二氧化硅玻璃又称熔融石英玻璃，是一种特殊的高科技材质。该玻璃在制备过程中会经历上千度的高温，具有极低的热膨胀系数，能够在极端的高低温环境中保持结构的稳定。此外，该类玻璃还具有极高的强度，能够抵御高速飞行的太空碎片撞击，其强度远高于防弹玻璃。

这种高科技材料制造的空间站舷窗造价不菲，这样的舷窗在中国的天宫空间站可不止一个。据报道，天宫空间站的核心舱睡眠区、问天舱睡眠区等区域都有这样的舷窗，并且随着空间站建设的不断完善，中国航天员的“天景房”还会增加更多的观景窗口，以满足更全面的观测需求。

漂浮在太空的国际空间站。图片来源：图虫创意

稳定的飞行姿态，特殊的“防抖”技术

中国天宫空间站飞行姿态的稳定也是航天员“出片”的关键因素。控制力矩陀螺是空间站姿态控制的关键设备，它利用高速旋转的飞轮获得角动量，并通过改变角动量方向对外输出力矩，从而实现对空间站姿态的精确控制。

陀螺仪。图片来源：图虫创意

该技术曾是中国航天技术的“拦路虎”，为突破核心技术被国外封锁的难题，中国航天人经过不懈努力，研发出集精度高、响应快、寿命长、可靠性高等优点于一体的控制力矩陀螺系统，为舷窗大片的拍摄提供了基础保障。

“出片”利器：先进的超高清相机阵列

当以上条件均满足后，是不是就可以在太空拍照了呢？稍等，万事俱备，只欠“东风”！而这个“东风”便是先进的拍照设备。近年来，拍照技术的发展可谓是突飞猛进，就连手机的拍照像素就可以很轻松地达到几千万甚至上亿，拍月亮也成了各大主流摄影设备的必备技能。

先进的超高清相机阵列，能够很轻松地拍摄出超过亿级像素的图像，并且保持丰富的细节和饱满的色彩，再加上相机内置的自适应光学系统，可以实时补偿大气扰动和空间站轻微振动造成的图像模糊，使得空间站“出片”不再是难事。

随着航天技术的飞速发展和科技的不断进步，我们对地球的了解也越来越深。这些高科技技术成果不仅让我们见证了地球的壮丽与神奇，更激发了人类对未知世界的无限好奇和探索欲望。未来，期待更多令人震撼的“空间站大片”诞生，共同见证人类航天事业的辉煌篇章！

参考文献

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[4]金磊,徐世杰.采用单框架控制力矩陀螺和动量轮的航天器姿态跟踪控制研究[J].宇航学报, 2008.

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策划制作

出品丨科普中国

作者丨石畅 物理化学博士

监制丨中国科普博览

责编丨董娜娜

审校丨徐来 林林