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由 α7S II 拍攝的 4K 太空影片 

拍攝於日本希望號 (KIBO) 實驗艙,國際太空站 

α7S II 成功在太空拍攝首部商業級 4K 影片。

全新相機系統,包括 α7S II,被安裝在位於國際太空站的日本希望號 (KIBO) 實驗艙的曝露設施中。 

H-II 運輸載具 (H-II Transfer Vehicle, HTV),亦稱為白鸛號 (KOUNOTORI),是日本一艘用於補給國際太空站的無人太空船。它連同 Sony 革命性的 α7S II 相機,於 2016 年 12 月 9 日從日本最大的火箭發射場種子島 (Tanegashima) 太空中心發射。這讓地球上的我們有機會看到在太空拍攝的 4K 或全高清影像,以及 1200 萬像素的靜態相片。
國際太空站距離地面約 400 公里(249 英里),其環繞地球的速度約為每秒 8 公里(每秒 5 英里),完成地球一圈軌道需時約 90 分鐘(每天 16 圈),比子彈更快。
為甚麼會選擇 α7S II 用於太空這種不可思議的環境中?他們又希望用 α7S II 拍攝哪種主題?我們訪問了負責艙外攝影系統的 JAXA 副高級工程師 Toshitami Ikeda。

(2016 年 12 月 13 日採訪)

拍下只在太空才能看到的影像

不尋常的自然現象和地球不斷變化的外觀。

- 首先,您可以告訴大家艙外相機的任務、角色和用途嗎?

艙外相機的任務是從國際太空站拍攝地球的清晰影像。通過從外太空拍攝如大規模災難等的清晰影像,您可以看見在地面無法看到的一面,例如損壞程度和影響範圍。我們亦可以通過連續拍攝特定位置,即如定點觀察,了解環境變化。例如拍攝海底火山或觀察漂移冰塊的運動,看到海水的顏色變化。透過認識這些地球的變化,我們可以協助大眾了解全球環境問題。我們亦深信,將這些在地面無法看到的景象傳播開去,可以增加大家對太空發展的興趣。 

- α7S II 可以拍攝電影和靜止影像。您會如何運用?

運輸載具(如白鸛號)到達或離開國際太空站,或從國際太空站看到日本列島橫越南北的動態場景,可以利用移動圖像非常真實地呈現出來。另一方面,靜止影像提供更佳的色調重現,而且可以用於分析更細微的變化,例如海洋和森林的顏色。

對 α7S II 極高靈敏度的期望,以及首部由國際太空站外拍攝的 4K 影片

能夠在夜間和外太空捕捉地球最美一面

- 為甚麼會選擇 α7S II 作為艙外相機?

太空站外的相機系統是透過遙控器從地球進行控制,並傳送影像數據。而 α7S II 配備內置 USB 接口,並可處理指令操作,技術上易於控制,是艙外相機的最佳選擇。除此之外,像極光或流星等現象,或是在晚上從太空看到的地球,都與在地面上看到的有些不同,所以擁有高靈敏度的 α7S II 是進行夜間拍攝的完美之選。國際太空站每 90 分鐘圍繞地球一圈。如果使用以前的系統,我們甚至無法在夜間進行每 45 分鐘一次的拍攝。我對它的表現,以及在晚上極低亮度環境下的拍攝能力充滿期待。

- 我認為即使是在太空拍攝的 4K 影片,大家的期望同樣很高。

當然,可以拍攝出 4K 電影亦非常重要。這將會是第一次使用安裝於國際太空站外的商業級相機進行 4K 拍攝。我非常期待拍攝到比以往更鮮艷豐富的影像。我們原本計劃使用 α7S,其後在 2016 年決定選用第二代型號,即是 α7S II,因為它支援內部 4K 影片錄影。安裝的時間真的很少,重新測試亦非常困難。幸好,α7S 與 α7S II 的指令互相兼容,又使用同款感測器,我們才可以繼續進行。不過,部分零件和軟件與上一代略有不同,例如開啟電源時的順序有點不同,我們需要調試一下。
多得 Sony 工程師向我們提供了有關韌體的部分更改以及 α7S 和 α7S II 之間的差異等資訊,我們才能進行必要的評估和調整,最後將它帶到希望號 (KIBO) 中。
對於可以使用艙外相機進行 4K 拍攝,我們感到非常興奮。

- 除了 4K 影片,與之前的艙外相機有其他不同之處嗎?

之前的艙外相機安裝於希望號 (KIBO) 曝露設施,設定為面向地球。這次安裝了可雙軸移動的支架,即使指向地球,我們仍可移動相機,拍攝太空。從不同角度拍攝地球和太空的影像從此不再是不可能。

α7S II 與鏡頭 [FE PZ 28-135mm F4 G OSS] 獲選為 ISS 艙外相機 

[日本希望號 (KIBO) 實驗艙外觀及相機安裝位置]

相機架被安裝於日本希望號 (KIBO) 實驗艙的頂端,可以拍攝到地球和太空。希望號 (KIBO) 模組配備氣閘和機械臂,可在有需要時進行實驗、開關或安置觀察用設備,而無需航天員進行艙外活動。

來源:JAXA

來源:JAXA

日本實驗艙 (Japanese Experiment Module, JEM)

日本實驗艙 (JEM)

1. 加壓模組 2. 實驗後勤模組-加壓部分 3. JEM 氣閘 4. JEM 遙控操縱系統 5. 曝露設施 6. α7S II 安裝位置

IVA-可替換小型曝露實驗平台 (i-SEEP) 與相機單元


IVA-可替換小型曝露實驗平台 (i-SEEP) 與相機單元 

進行大量測試以確保在太空安全穩定運作

- 當時是怎樣將 α7S II 帶到國際太空站?

由於太空是真空環境,熱不會通過空氣對流而散失。要解決這個問題,我們將相機和鏡頭放置於鋁製外殼中(相機單元),與鋁製外殼接觸範圍越多更有助散熱。相機單元利用緩衝物料保護,作為加壓貨物的一部分,由日本白鸛號送上太空。

- 要確保相機可以在國際太空站使用,需要通過哪些測試?

首先,我們要進行測試,確保相機不會因宇宙輻射而導致故障或破裂。我們亦要測試它在真空和太空極熱環境下能否運作。我們必須確保它可以承受發射升空時的振動,並且不會產生任何電磁干擾。
除此之外,我們測試了相機本身能否承受 ISS 上其他設備產生的電氣或電磁噪聲,同時亦必須確保可以從地面流暢地控制和提取影像。將相機安裝於曝露設施前,我們會將它帶進航天員生活和穿著普通衣服的實驗艙,因此必須進行各種測試,以確保不會影響他們,例如釋放有害氣體。

真正的艙外相機單元。下方的圓形物件是鏡頭,而相機外殼中的圓孔允許鏡頭拍攝外部

硬件基本上沒有改變

可靠技術提供出色的環境彈性  

- 有沒有特別的設備安排,可以令相機在太空的獨特環境下更易操作? 

在這環境下,如果將相機對準太陽,陽光會令溫度漸漸變得非常高。相反,如果相機面向另一邊,溫度會降至非常低。溫差可以超過攝氏 200 度(華氏 390 度),因此我們要使用散熱器去處理高溫,或用加熱器去處理低溫情況,令相機維持在可操作的溫度範圍之內。
相機的硬件本身幾乎不受影響,其間我們進行了很多測試,幾乎沒有遇到任何問題。這證明了 α7S II 的可靠性和靈活性,即使在這種嚴峻的環境下仍能操作。

- 如何將 α7S II 調整至適合在外太空使用?

由於是從地面遙控操作,我們修改部分韌體,以便透過操作指令來變更鏡頭設定。幾乎所有曝光和其他設定調整都可以遙距控制。我們目前正使用 SELP28135G 電動變焦鏡頭,可以從地面控制變焦範圍。由於現在擁有 4K 影片拍攝功能,我們可以錄製影片檔案,作為整個系統的附加功能,傳送到地面。此外,因為位置問題,很難為相機更換電池,所以我們設有一個外接電源。而電源可以從地面控制開關。

即使裝上電動變焦鏡頭 (FE PZ 28-135mm F4 G OSS),α7S II 仍然可以放在原來的箱子內,無需修改。

太空影像擴闊想像,實現夢想

- 您希望哪些人會看到您拍攝的影像?

所有人。在日常生活中通常都難以理解地球的問題,但當您從太空向下看,眼前的景象會打動了你。我希望這些影像可以擴闊大家的想像,喚醒大家的好奇心。如果這些影像可以令更多小朋友立志從事與太空有關的工作,例如製作一部在太空使用的相機,我會感到很欣慰,覺得為培育下一代出了一分力。

已改變供電方式,以外接電源代替電池

Toshitami Ikeda

Toshitami Ikeda

宇宙航空研究開發機構 (JAXA)
人類航天技術局
任務操作和集成中心
副高級工程師

研究所畢業後加入了宇宙開發事業團(NASDA,即現時的 JAXA)。由 2015 年至今,負責日本希望號 (KIBO) 實驗艙的開發及推廣工作。

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