天问一号火星探测器是如何实现“太空自拍”的?

天问一号环绕器与火星合影

早在2020年国庆期间，天问一号在奔往火星的途中，就完成了首次太空“自拍”，环绕器上的五星红旗光彩夺目，熠熠生辉。

2020年国庆天问一号首次太空“自拍”

成功登陆火星后，在火星表面，着陆器、祝融号火星车还曾经完成了一次自拍合影。

着巡合影

据悉，两次太空“自拍”都是由航天科技集团八院研制的分离测量传感器在地面控制下实施的分离监测任务。

分离测量传感器脱离环绕器后，在慢慢远离的过程中，利用自身两侧安装的两个广角镜头，每秒拍摄一张图像，然后通过Wi-Fi传输的方式，将图像传回天问一号探测器，最终将北极冰盖、环绕器局部特写、环绕器与火星合影的画面呈现在我们眼前。

这两次“自拍”都是一次性的，但可不只是秀自拍这么简单，主要是为了做好火星探测器在轨工作状态的可视化监测。

环绕器局部特写

在太空中“自拍”如果使用自拍杆，需要长达15米，显然是不现实的，不仅资源消耗大，还存在一定安全隐患。

为此，八院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，通过将它们抛离的方式，完成探测器深空“自拍”。

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的总质量内实现锁定解锁、分离释放，分离后自供电、自动拍照、Wi-Fi通讯等功能，研制难度相当大。

设计之初，单机研制团队就根据任务特点，制定了“锁得牢、分得开、供得上、拍得好、传得回”的目标。

在运载火箭级间分离、卫星释出等环节均使用火工品以实现“锁得牢、分得开”这一要求，但在空间光电产品中这却是第一次。团队采用了火工品拔销器将分离测量传感器与整器固连，随后通过分离开关实现在轨分离动作。

火工品，又称火具，是装有火药或炸药，受外界刺激后产生燃烧或爆炸，以引燃火药、引爆炸药或做机械功的一次性使用的元器件和装置的总称。

火星北极冰盖

分离测量传感器分离后则由传感器自身携带的锂电池供电，并通过Wi-Fi进行数据传输。

不过在外太空用Wi-Fi也没那么简单。为了验证在高、低温情况下通讯实际情况，研发团队多次对产品进行大范围温度适应性测试，并对关键信号进行测量分析，拿到了实际温度冲击变化情况下的电路状态数据。

随后，团队对相关电路进行了多轮迭代改进，并对软件协议进行不断地修改完善，最终实现了分离后飘飞过程的稳定Wi-Fi数据输。

此外，研发团队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的测试验证，最终制定了在火星背景下分段式自动曝光的策略，并根据火星在视场中所占像元数对曝光时间进行调整，确保在火星背景下能够将火星与环绕器都清晰地拍摄出来。

另外，由于分离测量传感器不具备姿态调整功能，为了使传感器能够按照预定轨迹分离，研制团队细致设计分离开关，使分离过程力学条件满足苛刻的拍照要求，保证了既能够拍出探测器的近距离特写，又能够拍摄出火星大背景下环绕器的状态，构建出完美画面。