宇宙级出品！航天员在轨拍摄“空间站大片”，怎么拍出来的？

出品：科普中国

作者：石畅（物理化学博士）

监制：中国科普博览

世界摄影日是全世界摄影爱好者的重大节日，每年的8月19日，我们都会欣赏到摄影师拍摄的绝美照片。2024年的世界摄影日，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的指令长。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。这些照片的拍摄需要哪些条件呢？

空间站舷窗：航天员观看外界的“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，用于提供通风、采光和观赏风景的功能。

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。就是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：veer图库）

玻璃越来越亮，照片越来越清晰

舷窗作为观察外界的窗口，首先要具有高的清晰度。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。

开车的朋友都有这样的经历，长时间行车会在挡风玻璃上出现很多污渍，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。

汽车挡风玻璃的污渍

（图片来源：veer图库）

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，保护舷窗免于宇宙尘埃与粒子的侵扰，确保了航天器的“慧眼”能够始终清澈明亮。该技术为航天员提供了绝佳的观看体验，可以毫无阻碍地领略地球家园的绝美风光。

坚固可靠，空间站舷窗的高科技

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

盛装热水的玻璃杯如果立即装冷水的话会有爆裂的风险，而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。什么材质能受此重任呢？

破裂的杯子

（图片来源：veer图库）

熔融二氧化硅玻璃又称熔融石英玻璃，是一种特殊的、高科技的材质。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，从而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的撞击，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的造价肯定不便宜，但是这样的舷窗在中国的天宫空间站可不止1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。

空间站

（图片来源：veer图库）

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保持也是航天员“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，并通过改变角动量的方向来对外输出力矩，从而实现对空间站姿态的精确控制。

陀螺仪

（图片来源：veer图库）

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的努力，研发出集精度高、响应快、寿命长、可靠性高等优点于一身的控制力矩陀螺系统，为舷窗大片的拍摄，提供了基础的保障。

先进的拍照技术，航天员的“出片”利器

当你满足了以上条件，是不是就可以在太空拍照了呢？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，手机的拍照像素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，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。

数码相机

（图片来源：veer图库）

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入。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，我们有理由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：

1.Dote H , Theodore K T .Structural analysis and test Space Shuttle Orbiter window system[J].Journal of Spacecraft & Rockets, 2013.

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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.

5.袁建鹏.涂层技术在航空航天材料领域的应用[J].新材料产业, 2012(10):5.DOI:10.3969/j.issn.1008-892X.2012.10.013.