成像质量逼近设计极限、主镜精度要求降低 80%、全流程成本大幅压缩…… 近日，随着国内首台可见光波段全金属相机完成首批图像计算重构，全 球首颗计算成像体制低成本光学载荷的在轨演示验证试验正式告捷。这颗 2025 年 9 月 5 日搭载谷神星一号遥十五运载火箭发射的 “太空新眼”，用 “AI + 光学” 的创新组合，为航天遥感领域带来了颠覆性变革。

长期以来，航天光学载荷始终面临 “高精度加工 = 高成本 + 长周期” 的行业痛点。传统相机主镜面型精度需达到 λ/50，不仅加工难度极大，更导致单台载荷研发周期动辄数年，成本居高不下，严重制约了遥感卫星的规模化应用与快速迭代。

“我们就是要跳出‘精度越高越好’的固有思维。” 该项目核心理念发起人、西安电子科技大学邵晓鹏教授直言。为破解这一困局，中国科学院西安光机所与北京空间机电研究所牵头，联合西安电子科技大学、同济大学、南京航空航天大学等多家单位组建攻关团队，历时数年探索全新技术路径，最终敲定 “物理端精简 + 算法端增强” 的计算成像范式 —— 用简化的光学设计降低硬件要求，再通过 AI 算法弥补成像短板。

这颗载荷的颠覆性，源于工艺与算法的双重创新。在硬件端，研发团队大胆采用全铝材质打造主镜，镜体与结构均通过 3D 打印技术一体成型，不仅彻底摆脱了传统精密加工的桎梏，更实现了载荷轻量化与生产周期缩短的双重目标。更关键的是，其主镜面型精度要求从传统的 λ/50 放宽至 λ/10，仅为原有标准的五分之一。

硬件 “做减法”，算法则 “做加法”。针对低精度加工可能带来的像差问题，联合攻关团队提出智能波前预测与补偿算法框架，构建多参量载荷像质退化神经网络，通过正则化补偿算法精准修正系统误差。“相当于给相机装了一个‘AI 修图师’，即便硬件精度降低，也能通过算法重构出高质量图像。” 西安光机所副研究员吴腾飞解释道。最终，这台 “简化版” 相机实现了 2.5 米的可见光波段空间分辨率，与传统高成本载荷性能持平。

此次突破的背后，是跨机构、跨学科协同攻关的强大合力。除牵头单位外，西安电子科技大学团队主导核心算法研发，同济大学在物理光学设计上提供支撑，南京航空航天大学参与航天适配性优化，上海现代先进超精密制造中心则保障了 3D 打印工艺的精度落地。“没有一家单位能单独完成这项创新，正是各领域的技术互补，才让‘极简设计 + AI 补能’的构想成为现实。” 项目负责人表示。

随着首批图像验证成功，“极简光学设计 + 低精度加工 + 短期生产制造” 的可行性得到充分证实。这意味着未来航天光学载荷将彻底告别 “重投入、慢产出” 的模式，进入 “低成本、快迭代” 的新阶段。

据悉，科研团队下一步将联合国内计算成像领域优势力量，持续拓展算法应用场景，推动技术向可靠化、规模化发展。业内专家指出，此次突破不仅为低成本遥感卫星、深空探测等任务提供了关键技术支撑，更标志着我国航天光学载荷正从传统 “精密机械” 向 “智能信息终端” 转型，将深刻影响航天装备的研发逻辑与产业格局。