從生日祝福到新年祝福 天問一號火星探測器是如何“太空自拍”的?

△1月1日，國家航天局發布天問一號探測器從遙遠火星傳回的一組精美圖像，圖為環繞器與火星合影。（圖片來源：國家航天局）

2022年新年伊始，地球上的中國人收到了一份來自火星的“新年祝福照”，那是中國首次火星探測任務天問一號探測器從遙遠火星傳回的一組精美圖像。其實，這不是“天問一號”的“太空攝影師”第一次出片了。早在2020年中國國慶期間，“天問一號”就曾傳來照片，向祖國報平安，表達生日祝福，那是天問一號探測器首次深空“自拍”。

想要“太空自拍”沒那么簡單

在中國首次自主火星探測工程立項之初，研制團隊就在思考如何做好火星探測器在軌工作狀態的可視化監測。距離地球近4億公里外的火星并沒有其他“游客”可以幫忙拍照，而如果想用普通自拍的方式，也沒有那么簡單。由于“天問一號”環繞器自身個頭太大，需要一支長達15米的自拍桿才能實現其全身照自拍，這不僅資源消耗大，還存在一定安全隱患。

為此，中國航天科技集團八院的火星環繞器工程測量分系統團隊提出了“分離式監測方案”，設計了一套由多個分離測量傳感器組成的監測系統，通過將這些“小家伙”們（分離測量傳感器）拋離的方式，完成天問一號探測器的深空“自拍”。

據介紹，這次的“元旦祝福”與此前的“生日祝福”類似，由八院803所研制的分離測量傳感器在地面控制下再次實施分離監測任務，在慢慢遠離的過程中，利用其自身兩側安裝的兩個廣角鏡頭，每秒拍攝一張圖像，通過Wi-Fi傳輸的方式，將圖像傳回天問一號探測器，最終將環繞器與火星合影、環繞器局部特寫、火星北極冰蓋等畫面呈現出來。

△“祝融號”火星車拍攝火面地貌。（圖片來源：國家航天局）

論“太空攝影師”的自我修養

在2020年10月1日，中國舉國歡度國慶、中秋雙節之際，中國國家航天局曾發布中國首次火星探測任務天問一號探測器飛行圖像，圖上的五星紅旗光彩奪目，呈現出鮮艷的中國紅。這是中國天問一號探測器首次深空“自拍”。彼時，它還在“奔火”途中。

時隔一年多，“天問一號”環繞器已經在軌運行500多天，傳回來的照片更細致了。中國國家航天局2022年1月1日發布的天問一號探測器從遙遠火星傳回的這組精美圖像，包含環繞器與火星合影、環繞器局部特寫、火星北極冰蓋、“祝融號”火星車拍攝火面地貌等內容，展示環繞器、“祝融號”火星車工作狀態及獲取的火星表面形態。

八院803所的產品首席專家鄭循江介紹，分離測量傳感器是按照監視相機“小衛星化”理念設計的產品，需要在1kg（公斤）的總質量內，在滿足火星探測長期飛行的環境和可靠性要求下，實現鎖定解鎖、分離釋放/分離后自供電、自動拍照、Wi-Fi通信等功能，研制過程歷經不小的挑戰。

八院803所產品主管設計師吳迪說，“太空攝影師”最重要的職責當然是“拍得好”，“身處火星軌道之中，目標特性、光照條件和光照角度都發生了很大的變化，我們在地面模擬了火星軌道的光照條件，開展了不同拍攝角度、不同光照強度、不同拍攝位置的上百次測試驗證，最終制定了在火星背景下分段式自動曝光的策略”。