2022年1月7日整理發(fā)布：2022年元旦佳節(jié)，天問一號火星探測器從距離地球近4億公里外的火星軌道送上祝福，傳回了一組精美圖像，其中就包括一張以火星為背景的壯觀自拍。
天問一號環(huán)繞器與火星合影
很多人看了這張照片可能會心生疑惑：茫茫太空，誰給環(huán)繞器與火星拍的照?
事實(shí)上，這已經(jīng)不是天問一號第一次太空自拍了。
早在2020年國慶期間，天問一號在奔往火星的途中，就完成了首次太空“自拍”，環(huán)繞器上的五星紅旗光彩奪目，熠熠生輝。
2020年國慶天問一號首次太空“自拍”
成功登陸火星后，在火星表面，著陸器、祝融號火星車還曾經(jīng)完成了一次自拍合影。
著巡合影
據(jù)悉，兩次太空“自拍”都是由航天科技集團(tuán)八院研制的分離測量傳感器在地面控制下實(shí)施的分離監(jiān)測任務(wù)。
分離測量傳感器脫離環(huán)繞器后，在慢慢遠(yuǎn)離的過程中，利用自身兩側(cè)安裝的兩個廣角鏡頭，每秒拍攝一張圖像，然后通過Wi-Fi傳輸?shù)姆绞?，將圖像傳回天問一號探測器，最終將北極冰蓋、環(huán)繞器局部特寫、環(huán)繞器與火星合影的畫面呈現(xiàn)在我們眼前。
這兩次“自拍”都是一次性的，但可不只是秀自拍這么簡單，主要是為了做好火星探測器在軌工作狀態(tài)的可視化監(jiān)測。
環(huán)繞器局部特寫
在太空中“自拍”如果使用自拍桿，需要長達(dá)15米，顯然是不現(xiàn)實(shí)的，不僅資源消耗大，還存在一定安全隱患。
為此，八院火星環(huán)繞器工程測量分系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)提出了“分離式監(jiān)測方案”，設(shè)計(jì)了一套由多個分離測量傳感器組成的監(jiān)測系統(tǒng)，通過將它們拋離的方式，完成探測器深空“自拍”。
分離測量傳感器是按照監(jiān)視相機(jī)小衛(wèi)星化理念設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，需要在1kg的總質(zhì)量內(nèi)實(shí)現(xiàn)鎖定解鎖、分離釋放，分離后自供電、自動拍照、Wi-Fi通訊等功能，研制難度相當(dāng)大。
設(shè)計(jì)之初，單機(jī)研制團(tuán)隊(duì)就根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)，制定了“鎖得牢、分得開、供得上、拍得好、傳得回”的目標(biāo)。
在運(yùn)載火箭級間分離、衛(wèi)星釋出等環(huán)節(jié)均使用火工品以實(shí)現(xiàn)“鎖得牢、分得開”這一要求，但在空間光電產(chǎn)品中這卻是第一次。團(tuán)隊(duì)采用了火工品拔銷器將分離測量傳感器與整器固連，隨后通過分離開關(guān)實(shí)現(xiàn)在軌分離動作。
火工品，又稱火具，是裝有火藥或炸藥，受外界刺激后產(chǎn)生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機(jī)械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱。
火星北極冰蓋
分離測量傳感器分離后則由傳感器自身攜帶的鋰電池供電，并通過Wi-Fi進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
不過在外太空用Wi-Fi也沒那么簡單。為了驗(yàn)證在高、低溫情況下通訊實(shí)際情況，研發(fā)團(tuán)隊(duì)多次對產(chǎn)品進(jìn)行大范圍溫度適應(yīng)性測試，并對關(guān)鍵信號進(jìn)行測量分析，拿到了實(shí)際溫度沖擊變化情況下的電路狀態(tài)數(shù)據(jù)。
隨后，團(tuán)隊(duì)對相關(guān)電路進(jìn)行了多輪迭代改進(jìn)，并對軟件協(xié)議進(jìn)行不斷地修改完善，最終實(shí)現(xiàn)了分離后飄飛過程的穩(wěn)定Wi-Fi數(shù)據(jù)輸。
此外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(qiáng)度、不同拍攝位置的上百次的測試驗(yàn)證，最終制定了在火星背景下分段式自動曝光的策略，并根據(jù)火星在視場中所占像元數(shù)對曝光時間進(jìn)行調(diào)整，確保在火星背景下能夠?qū)⒒鹦桥c環(huán)繞器都清晰地拍攝出來。
另外，由于分離測量傳感器不具備姿態(tài)調(diào)整功能，為了使傳感器能夠按照預(yù)定軌跡分離，研制團(tuán)隊(duì)細(xì)致設(shè)計(jì)分離開關(guān)，使分離過程力學(xué)條件滿足苛刻的拍照要求，保證了既能夠拍出探測器的近距離特寫，又能夠拍攝出火星大背景下環(huán)繞器的狀態(tài)，構(gòu)建出完美畫面。
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