从生日祝福到新年祝福 天问一号火星探测器是如何“太空自拍”的?

△1月1日，国家航天局发布天问一号探测器从遥远火星传回的一组精美图像，图为环绕器与火星合影。（图片来源：国家航天局）
2022年新年伊始，地球上的中国人收到了一份来自火星的“新年祝福照”，那是中国首次火星探测任务天问一号探测器从遥远火星传回的一组精美图像。其实，这不是“天问一号”的“太空摄影师”第一次出片了。早在2020年中国国庆期间，“天问一号”就曾传来照片，向祖国报平安，表达生日祝福，那是天问一号探测器首次深空“自拍”。
想要“太空自拍”没那么简单
在中国首次自主火星探测工程立项之初，研制团队就在思考如何做好火星探测器在轨工作状态的可视化监测。距离地球近4亿公里外的火星并没有其他“游客”可以帮忙拍照，而如果想用普通自拍的方式，也没有那么简单。由于“天问一号”环绕器自身个头太大，需要一支长达15米的自拍杆才能实现其全身照自拍，这不仅资源消耗大，还存在一定安全隐患。
为此，中国航天科技集团八院的火星环绕器工程测量分系统团队提出了“分离式监测方案”，设计了一套由多个分离测量传感器组成的监测系统，通过将这些“小家伙”们（分离测量传感器）抛离的方式，完成天问一号探测器的深空“自拍”。
据介绍，这次的“元旦祝福”与此前的“生日祝福”类似，由八院803所研制的分离测量传感器在地面控制下再次实施分离监测任务，在慢慢远离的过程中，利用其自身两侧安装的两个广角镜头，每秒拍摄一张图像，通过Wi-Fi传输的方式，将图像传回天问一号探测器，最终将环绕器与火星合影、环绕器局部特写、火星北极冰盖等画面呈现出来。

△“祝融号”火星车拍摄火面地貌。（图片来源：国家航天局）
论“太空摄影师”的自我修养
在2020年10月1日，中国举国欢度国庆、中秋双节之际，中国国家航天局曾发布中国首次火星探测任务天问一号探测器飞行图像，图上的五星红旗光彩夺目，呈现出鲜艳的中国红。这是中国天问一号探测器首次深空“自拍”。彼时，它还在“奔火”途中。
时隔一年多，“天问一号”环绕器已经在轨运行500多天，传回来的照片更细致了。中国国家航天局2022年1月1日发布的天问一号探测器从遥远火星传回的这组精美图像，包含环绕器与火星合影、环绕器局部特写、火星北极冰盖、“祝融号”火星车拍摄火面地貌等内容，展示环绕器、“祝融号”火星车工作状态及获取的火星表面形态。
八院803所的产品首席专家郑循江介绍，分离测量传感器是按照监视相机“小卫星化”理念设计的产品，需要在1kg（公斤）的总质量内，在满足火星探测长期飞行的环境和可靠性要求下，实现锁定解锁、分离释放/分离后自供电、自动拍照、Wi-Fi通信等功能，研制过程历经不小的挑战。
八院803所产品主管设计师吴迪说，“太空摄影师”最重要的职责当然是“拍得好”，“身处火星轨道之中，目标特性、光照条件和光照角度都发生了很大的变化，我们在地面模拟了火星轨道的光照条件，开展了不同拍摄角度、不同光照强度、不同拍摄位置的上百次测试验证，最终制定了在火星背景下分段式自动曝光的策略”。

---