太空中如何美美地“自拍”

毛新愿

掐指一算，離家八個(gè)月的天問一號(hào)現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)進(jìn)入火星軌道了。去年國(guó)慶節(jié)，天問一號(hào)在路上發(fā)回一張深空自拍照，向祖國(guó)致敬的同時(shí)，也向大家問好。很多人很好奇天問一號(hào)到底是如何自拍的？今天我們就來揭秘一下吧！

從天問一號(hào)發(fā)回的照片中，我們可以看到它的整體結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)帶著巨大太陽能帆板和通信天線的環(huán)繞器，以及被包裹起來的著陸器和巡視器組合體。如果以圖中的五星紅旗（尺寸為39cm×26cm）作為參考，整個(gè)組合體的體積之大可想而知。顯然，這種角度的自拍不是“自拍桿+廣角相機(jī)”的組合能夠完成的。所以，天問一號(hào)需要帶一個(gè)“自拍神器”。

天問一號(hào)（圖片來源：中國(guó)國(guó)家航天局）

這個(gè)“自拍神器”就是從天問一號(hào)上分離出去的“分離測(cè)量傳感器”，通俗點(diǎn)說，它就是一顆類似相機(jī)的微小衛(wèi)星。這顆微小衛(wèi)星在離開天問一號(hào)的過程中，能夠監(jiān)測(cè)探測(cè)器的整體工作狀態(tài)，為它進(jìn)行全方位的拍照測(cè)量，記錄下每一個(gè)珍貴時(shí)刻。

分離測(cè)量傳感器沒有復(fù)雜的姿態(tài)保持系統(tǒng)，為了盡可能完美地完成任務(wù)，它的前后各設(shè)置了兩個(gè)廣角鏡頭，離開天問一號(hào)后它將保持每秒1張的速度對(duì)天問一號(hào)進(jìn)行拍攝。不過，由于這顆微小衛(wèi)星沒有巨大的天線，所以無法將這些圖像數(shù)據(jù)直接傳回地球，還需要借助超級(jí)Wi-Fi將圖像數(shù)據(jù)傳輸給天問一號(hào)。隨后，天問一號(hào)再擇機(jī)將處理完的圖像數(shù)據(jù)發(fā)回地球。

天問一號(hào)的拍攝過程：

這下你們知道航天“網(wǎng)紅”的美麗自拍照到底是怎么拍成的了吧？！

說到這里，如果你們以為分離測(cè)量傳感器發(fā)回美照只是為了曬遍全球朋友圈，那就太小瞧它了！它最重要的使命其實(shí)是從整體上監(jiān)測(cè)天問一號(hào)的飛行狀態(tài)。

自從2020年7月23日，天問一號(hào)從海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)出發(fā)后，天問一號(hào)已經(jīng)離地球很遠(yuǎn)，地面測(cè)控人員根本無法通過光學(xué)觀測(cè)等手段對(duì)它進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所以，分析分離測(cè)量傳感器傳回的圖像數(shù)據(jù)就成為一種有效的監(jiān)測(cè)手段。航天工程師們仿佛通過電磁波通信這條“風(fēng)箏線”，遙控著已經(jīng)躲在云后看不見的“風(fēng)箏”。

其實(shí)，這種自拍技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于中國(guó)的航天器來說并非首次。有些與分離測(cè)量傳感器功能類似的微小衛(wèi)星甚至可以長(zhǎng)期伴隨主航天器飛行，又稱伴飛衛(wèi)星。我國(guó)天宮二號(hào)太空實(shí)驗(yàn)室在執(zhí)行任務(wù)期間，釋放了一顆伴飛小衛(wèi)星，它能夠利用高清相機(jī)長(zhǎng)期拍攝天宮二號(hào)的整體情況，尤其是在與神舟十一號(hào)飛船對(duì)接期間發(fā)揮了重要作用。

高清影像不僅有助于為航天器交會(huì)對(duì)接提供直接的數(shù)據(jù)支持，也能為研發(fā)人員積累大量珍貴的數(shù)據(jù)，以便未來進(jìn)一步提升相關(guān)技術(shù)。實(shí)際上，早在2008年的神舟七號(hào)載人任務(wù)中，伴飛衛(wèi)星就已經(jīng)開始應(yīng)用。

神舟七號(hào)飛船的伴飛衛(wèi)星拍攝的照片（圖片來源：中國(guó)國(guó)家航天局）

伴飛衛(wèi)星的應(yīng)用非常廣泛，除了我們前面介紹的光學(xué)成像功能之外，它們還能進(jìn)行高速通信、天文觀測(cè)、技術(shù)試驗(yàn)和科學(xué)試驗(yàn)等。2018年5月，洞察號(hào)著陸器從地球出發(fā)，與它一起前往火星的還有兩顆小型伴飛衛(wèi)星MarCO，昵稱為“瓦力”和“伊娃”，每顆僅有不到10千克的重量。

傳統(tǒng)的著陸器會(huì)在著陸期間自主記錄所有數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、壓縮，再等待環(huán)繞器飛抵上空時(shí)擇機(jī)將數(shù)據(jù)上傳，最后由環(huán)繞器將數(shù)據(jù)發(fā)回地球，整個(gè)過程需要很長(zhǎng)的時(shí)間，地球人想要目睹著陸盛況就需要一個(gè)漫長(zhǎng)的等待期。伴飛衛(wèi)星的出現(xiàn)很好地解決了這個(gè)問題，在洞察號(hào)著陸火星的過程中，伴飛衛(wèi)星幾乎是在“第一時(shí)間”為地球人進(jìn)行了實(shí)況直播，人們很快就了解了洞察號(hào)的著陸和工作情況。所以說，伴飛衛(wèi)星就是下一代深空通信技術(shù)的驗(yàn)證者。

“瓦力”和“伊娃”編隊(duì)直播洞察號(hào)著陸火星的過程（圖片來源：NASA）

最后不得不說，無論是天問一號(hào)攜帶的分離測(cè)量傳感器，還是洞察號(hào)攜帶的新技術(shù)驗(yàn)證伴飛衛(wèi)星，它們都沒有足夠的能力改變自己的軌道，所以注定在使命終結(jié)之后滑向深空結(jié)束自己短暫的一生。