中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
全球領(lǐng)先的先進成像解決方案供應(yīng)商Teledyne Technologies Incorporated 近日宣布，推出三款專為嚴苛太空環(huán)境設(shè)計的工業(yè)級CMOS圖像傳感器。分辨率覆蓋130萬像素至6700萬像素，這三款產(chǎn)品——Ruby 1.3M USV, Emerald Gen2 12M USV, 和 Emerald 67M USV——均通過了嚴格的Delta空間認證方法及全面的輻射測試篩選。在法國格勒諾布爾和西班牙塞維利亞完成設(shè)計、制造與測試后，它們于格勒諾布爾的專用設(shè)施中接受了航天級篩選。這些傳感器旨在滿足快速發(fā)展的新型航天市場（NewSpace）對高可靠性、高性能且具成本效益成像解決方案的迫切需求，應(yīng)用范圍涵蓋地球觀測衛(wèi)星、恒星跟蹤器、太空監(jiān)視相機乃至用于宇航服、月球探測器、月球巡視車的攝像機，以及太空領(lǐng)域態(tài)勢感知。
面臨的技術(shù)難題
在太空探索領(lǐng)域，成像設(shè)備面臨著地面應(yīng)用難以想象的極端挑戰(zhàn)：
1. 強輻射環(huán)境： 宇宙射線和帶電粒子可導(dǎo)致傳感器出現(xiàn)單粒子閂鎖（SEL）、單粒子效應(yīng)（SEE）、單粒子功能中斷（SEFI）等嚴重故障或數(shù)據(jù)錯誤，造成設(shè)備永久損壞或功能失常。
2. 極端溫度波動： 太空中的劇烈溫差對傳感器的材料、封裝和電子性能穩(wěn)定性構(gòu)成嚴峻考驗。
3.真空環(huán)境： 影響散熱和材料特性，可能導(dǎo)致放氣污染光學元件。
4.發(fā)射震動與沖擊： 要求器件具備極高的機械堅固性。
5.長生命周期與不可維修性： 太空設(shè)備通常要求長達數(shù)年甚至數(shù)十年的可靠運行，且?guī)缀鯚o法進行在軌維修，對器件的初始質(zhì)量和長期穩(wěn)定性要求苛刻。
6.SWaP-C限制： 衛(wèi)星等平臺對有效載荷的尺寸、重量、功耗和成本（SWaP-C）有著嚴格限制。
7.商用貨架(COTS)風險： 直接采用未經(jīng)專門篩選的商用工業(yè)傳感器進入太空，故障風險極高，可能導(dǎo)致整個任務(wù)失敗。
Teledyne的解決方案與產(chǎn)品優(yōu)勢
針對上述挑戰(zhàn)，Teledyne e2v提供的航天篩選工業(yè)傳感器（USV）系列提供了關(guān)鍵優(yōu)勢：
1.航天級可靠性保障： 通過Delta認證和嚴格輻射測試（SEL, SEE, SEFI等），顯著降低在軌故障風險，提供批次驗證證書和輻射測試報告。
2.符合航天標準： 可按任務(wù)要求提供U1（類歐空局ESCC9020）或U3（NASA Class 3圖像傳感器專用）篩選等級交付。
3.降低系統(tǒng)集成風險： 提供完整的開發(fā)工具套件（評估套件、參考設(shè)計、資質(zhì)報告）和專業(yè)的技術(shù)支持團隊，加速集成與產(chǎn)品上市。
4.長生命周期支持： 承諾對需要長期供應(yīng)的客戶提供產(chǎn)品生命周期保障。
5.性能與成本平衡： 在保證航天可靠性的前提下，利用工業(yè)級設(shè)計基礎(chǔ)和規(guī)模效應(yīng)，相比傳統(tǒng)宇航級器件更具成本效益。
6.豐富的嵌入式功能： 集成子采樣、多ROI、缺陷像素校正、高動態(tài)范圍（HDR）等先進功能，提升系統(tǒng)靈活性。
核心技術(shù)亮點
1. Ruby 1.3M USV:
● 核心優(yōu)勢： 極致優(yōu)化的SWaP-C。1.3MP (1280x1024) 全局快門，專為小型化、低功耗設(shè)計。
● 關(guān)鍵參數(shù)： 5.3μm像素，12.7mm CLCC封裝，兼容低成本1/1.8英寸鏡頭，功耗≤200mW (極低)，提供單色/彩色。
● 適用場景： 恒星敏感器（星跟蹤儀）、小型監(jiān)控攝像機、SWaP嚴格受限的載荷。
2. Emerald Gen2 12M USV:
● 核心優(yōu)勢： 卓越圖像質(zhì)量與緊湊性。12MP (4096x3072) 全局快門。
● 關(guān)鍵參數(shù)： 2.8μm像素，讀出噪聲<3e- (優(yōu)異低光性能)，支持ROI輸出（可配置為8.9MP），LVDS/MIPI接口簡化集成。提供單色/彩色。
● 獨特價值： ROI功能允許工程師選用更小光學器件，打造更緊湊相機。
3. Emerald 67M USV:
● 核心優(yōu)勢： 超高分辨率與大范圍覆蓋。67MP (8192x8192) 全局快門，業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的緊湊性。
● 關(guān)鍵參數(shù)： 2.5μm像素，噪聲<3e- @12位，高達65fps @10位輸出，支持單色/彩色及多光譜成像。
● 核心價值： 8K分辨率極大提升地球觀測單幅圖像覆蓋范圍，也適用于需要大視場的空間態(tài)勢感知。
競品對比分析
分析： Teledyne USV系列在關(guān)鍵的抗輻射性和航天可靠性上遠超普通商用工業(yè)傳感器，顯著降低了新型航天任務(wù)的風險。相比傳統(tǒng)昂貴的宇航級器件，USV系列利用經(jīng)過驗證的工業(yè)平臺結(jié)合嚴格的航天篩選，在保證足夠可靠性的前提下，提供了更優(yōu)的成本效益和SWaP特性，特別適合成本敏感、快速迭代的商業(yè)航天和部分政府項目。其高分辨率型號（如67MP）在性能上已比肩甚至超越許多傳統(tǒng)宇航級產(chǎn)品。
應(yīng)用場景
1. 地球觀測(EO)與遙感： 高分辨率（如67M USV）實現(xiàn)大范圍精細成像，中低分辨率用于特定監(jiān)測。
2. 恒星敏感器(星跟蹤儀)： Ruby 1.3M USV憑借低功耗、小尺寸和高可靠性成為理想選擇，用于航天器姿態(tài)確定。
3. 太空態(tài)勢感知(SDA)與監(jiān)視： 需要大視場或高分辨率監(jiān)測太空目標（衛(wèi)星、碎片），Emerald系列（尤其67M）提供強大能力。
4. 在軌服務(wù)與交會對接： 需要高性能、可靠的視覺導(dǎo)航傳感器。
5. 深空探測與載人航天： 用于月球/火星巡視器、宇航服外置相機、空間站監(jiān)控等，所有型號均有適用場景。
6. 技術(shù)驗證與科學實驗載荷： 為各類太空實驗提供可靠的成像平臺。
典型應(yīng)用案例設(shè)想
● 案例1 (Ruby): 某立方星星座項目，使用Ruby 1.3M USV作為其高性價比的星敏感器核心，確保在有限的體積和預(yù)算內(nèi)實現(xiàn)精確的姿態(tài)控制。
● 案例2 (Emerald 12M): 一款中型商業(yè)遙感衛(wèi)星，采用Emerald Gen2 12M USV作為主載荷，利用其ROI功能和優(yōu)異成像質(zhì)量，靈活獲取不同區(qū)域的中分辨率圖像，同時保持相機尺寸緊湊。
● 案例3 (Emerald 67M): 下一代高分辨率商業(yè)光學遙感衛(wèi)星，搭載Emerald 67M USV，單次過境即可獲取超大幅寬、極高細節(jié)的地表影像，極大提升數(shù)據(jù)獲取效率和價值?；蛴糜谛滦吞毡O(jiān)視望遠鏡，以高幀率和大畫幅追蹤近地軌道目標。
市場前景分析
● 新航天(NewSpace)驅(qū)動： 商業(yè)航天公司、立方星/小衛(wèi)星星座的爆炸式增長是核心驅(qū)動力。這些項目對成本、開發(fā)速度和SWaP極其敏感，USV系列精準匹配其需求。
● 政府項目需求： 即使是傳統(tǒng)政府項目，在預(yù)算壓力下也尋求更具成本效益的可靠解決方案，USV提供了介于COTS和傳統(tǒng)宇航級之間的優(yōu)質(zhì)選項。
● 太空經(jīng)濟擴展： 隨著在軌服務(wù)、太空制造、月球探測等活動增加，對可靠太空視覺傳感器的需求將持續(xù)增長。
● 技術(shù)迭代加速： 工業(yè)CMOS技術(shù)發(fā)展迅猛，性能不斷提升。通過航天篩選將其引入太空，能更快地將地面技術(shù)進步惠及航天領(lǐng)域。
● 競爭格局： 雖然存在其他航天傳感器供應(yīng)商，但Teledyne e2v憑借其在成像領(lǐng)域的深厚積累、完整的航天篩選流程和產(chǎn)品組合，尤其在超高分辨率全局快門領(lǐng)域，具備顯著競爭優(yōu)勢。其“工業(yè)基礎(chǔ)+航天認證”的模式可能成為行業(yè)趨勢。
● 挑戰(zhàn)： 仍需持續(xù)證明其在超長壽命任務(wù)（如10年以上）中的絕對可靠性，并應(yīng)對不斷涌現(xiàn)的新競爭對手。
結(jié)語
Teledyne e2v此次推出的Ruby和Emerald USV系列工業(yè)圖像傳感器，通過嚴格的航天級篩選和輻射加固，為蓬勃發(fā)展的新型航天市場提供了兼具高可靠性、卓越性能和出色成本效益的成像解決方案。它們有效解決了商用貨架產(chǎn)品太空應(yīng)用的高風險難題，填補了傳統(tǒng)宇航級器件成本過高、靈活性不足的空白。覆蓋從微型星敏感器到超高分辨率地球觀測相機的廣泛需求，這三款傳感器憑借其針對性優(yōu)化設(shè)計和Teledyne強大的技術(shù)支持，有望成為商業(yè)衛(wèi)星星座、太空監(jiān)視系統(tǒng)和深空探測任務(wù)的關(guān)鍵“視覺之眼”，助力全球太空探索與應(yīng)用進入一個更高效、更經(jīng)濟的時代。
