霍柱彰：用鏡頭追“天宮”

當(dāng)抬頭仰望星空時，你可知道，此刻，距離地球400公里高度的中國空間站或許正在與你遙遙相望。

在北京航空航天大學(xué)（以下簡稱“北航”），來自宇航學(xué)院航天飛行器技術(shù)系的2021級碩士研究生霍柱彰，利用4年時間，拍攝了多幅極具價值的中國空間站攝影作品。他用自己的方式記錄在探索浩瀚宇宙的新征程上，中國航天事業(yè)發(fā)展的“加速度”。

不解之緣

說起來，霍柱彰接觸天文攝影有些年頭了。2009年7月22日上午，我國長江中下游地區(qū)發(fā)生了一次21世紀持續(xù)時間最長的日全食奇觀。那次的日全食從初虧至復(fù)圓長達兩個多小時，全國多地都可看到這一奇觀，得知家鄉(xiāng)廣州也能見到日偏食，當(dāng)時還在讀中學(xué)的霍柱彰興奮不已，他要用相機記錄下這珍貴的畫面。

提前記下媒體報道中關(guān)于安全觀測的提示，又從鄰居家借來一塊焊工用的保護玻璃作為減光措施，拿著剛買的數(shù)碼相機，霍柱彰在自家樓頂完成了那次拍攝?？赡苁且驗樘?，在給家人分享照片時，他不小心碰到相機的格式化選項，致使所有剛拍下的照片全部消失。從那以后，為了彌補內(nèi)心的遺憾，但凡遇到日食、月食現(xiàn)象，他總會嘗試拍攝。不知不覺間，霍柱彰與天文攝影及航天事業(yè)結(jié)下了不解之緣。

高考填報志愿時，看到自己的分數(shù)所能填報的院校中有北京航空航天大學(xué)的名字，霍柱彰毫不猶豫就將其置于個人志愿的首位。順利考入北航后，經(jīng)過大一一年的航空航天大類學(xué)習(xí)，他選擇了宇航學(xué)院學(xué)習(xí)相關(guān)航天專業(yè)知識，就這么一直讀到宇航學(xué)院航天飛行器技術(shù)專業(yè)研究生。

那一刻，火箭騰空而起

在北航讀書的這幾年，攝影依然是霍柱彰在業(yè)余生活中最大的愛好，他尤其喜歡拍攝夜空、星斗。

2020年7月，正值霍柱彰的大三暑假，聽聞海南文昌有火箭發(fā)射任務(wù)，他當(dāng)即決定和高中同學(xué)一同前往海南觀看這次發(fā)射。那是他第一次去現(xiàn)場觀看火箭發(fā)射。為了實現(xiàn)理想的拍攝效果，他專門租了鏡頭。坐了一夜火車，跨越瓊州海峽，第二天一早6點多到達?？诨疖囌竞螅竹R不停蹄坐動車趕往文昌，終于在交通管制之前抵達了目的地——龍樓鎮(zhèn)。

7月的海南，驕陽似火。7月23日12時41分，長征五號遙四運載火箭托舉著我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器，在中國文昌航天發(fā)射場點火升空。霍柱彰看到，通體白色的長征五號火箭拖著明亮的尾焰，從海邊被椰樹林包圍的塔架旁騰空而起，巨大的轟鳴聲在足足10余秒后才傳過來（注：觀看發(fā)射的樓頂距離塔架約4.2公里，聲音傳播速度約為350米/秒，因此聲音需要約12秒才能傳到）。與以前觀看電視轉(zhuǎn)播的情況不同，現(xiàn)場觀看沒有緊張的倒數(shù)，沒有密集的“跟蹤正?！钡瓤诹睿《氖侨藗儚耐h鏡或者長焦鏡頭中看到點火火光時的驚呼“點火了！點火了！”以及火箭騰空后，緩緩而來的巨大轟鳴聲。海南的熱帶風(fēng)情和壯觀的發(fā)射景象給霍柱彰留下了深刻印象。

2021年4月，大四下學(xué)期，霍柱彰聽聞文昌航天發(fā)射場即將發(fā)射中國空間站首個艙段——天和核心艙。作為中國空間站的“智慧大腦”與中樞，天和核心艙扮演著空間站管理和控制中心的關(guān)鍵角色，支持著實驗艙、載人飛船、貨運飛船等航天器的交會對接和?？?。它的發(fā)射，標志著中國空間站在軌組裝建造全面展開。

因為意義非凡，霍柱彰馬上聯(lián)系了學(xué)校一群同樣熱愛航天的同學(xué)，大家決定一同前往文昌拍攝這次發(fā)射。啟程前，霍柱彰專門租賃了一整套設(shè)備，包括電影級攝像機、長焦鏡頭和專業(yè)級三腳架等，還專門預(yù)訂了一間可以在陽臺拍攝火箭發(fā)射的民宿。根據(jù)他的設(shè)想和安排，同行的6位同學(xué)將分別在海灘、龍樓鎮(zhèn)賓館樓頂和民宿陽臺這3個位置同時拍攝此次發(fā)射，最終剪輯成一段故事性的視頻。

但令人惋惜的是，由于當(dāng)天天氣不算特別好，火箭發(fā)射十幾秒后就完全進入云層，只聞其聲不見其形了。分散在3處的同學(xué)由于種種原因，未能拍攝到足夠的素材，最終他們只能以長焦記錄發(fā)射的形式在北航的微信公眾號上發(fā)布了這段天和核心艙成功發(fā)射的視頻。

驚鴻一瞥

2021年4月29日和5月29日，我國在海南文昌發(fā)射場相繼成功發(fā)射天和核心艙、天舟二號貨運飛船，6月17日又在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射神舟十二號載人飛船，中國空間站建設(shè)的大幕漸漸拉開。對于像霍柱彰這樣的航天、天文愛好者來說，這是一件比過年還要喜慶的事。拍攝我們自己的空間站過境、凌日和凌月現(xiàn)象成為很多中國航空、航天、天文及攝影愛好者的美好愿望。

在天和核心艙發(fā)射升空后，霍柱彰開始積極策劃拍攝一次中國空間站凌日。“凌”可以認為是較小物體在另一個較大的物體前經(jīng)過的現(xiàn)象。有一定觀測價值的“凌”現(xiàn)象有飛機凌日、凌月，空間站凌日、凌月等。

觀測凌日現(xiàn)象的必要條件是，觀測者與凌日物體以及太陽在同一條直線上。中國空間站和國際空間站環(huán)繞地球一周約90分鐘，一天可以環(huán)繞16周，所以空間站凌日、凌月現(xiàn)象并不十分罕見。但對普通愛好者來說，觀測凌日、凌月實況卻比較困難，因為空間站凌日時長只有短短的1秒左右，凌月約0.5秒至2秒，加上距離太遠，因而拍攝時刻必須精確到秒。

此前霍柱彰曾看到國外拍攝國際空間站特寫的影像，但當(dāng)時，他并沒有能夠拍攝這類特寫的相關(guān)設(shè)備。讀研加入韓潮教授的課題組后，在導(dǎo)師韓潮教授的支持下，他開始使用學(xué)院實驗室的8英寸天文望遠鏡，又自行購置了行星相機等配套設(shè)備，利用業(yè)余時間開展行星觀測，進行空間站凌日、凌月現(xiàn)象的拍攝。

2021年6月初，在天舟二號發(fā)射后，北京地區(qū)有幾次中國空間站凌日的拍攝機會，霍柱彰自然不想錯過。2021年6月3日這天，他分別在海淀區(qū)明光橋和昌平區(qū)十三陵景區(qū)附近拍攝到了天和核心艙和天舟二號組合體凌日的畫面。

拍攝空間站凌日、凌月很講究天時地利人和?；糁媒榻B，首先要找到合適時機，空間站與地面的距離往往在400公里以上，高度角太低的空間站凌日、凌月，剪影非常小，很難拍清楚細節(jié)。即便天氣大致晴好，若在凌日、凌月瞬間有云遮擋也會導(dǎo)致拍攝功虧一簣。此外，拍攝需要到特定的地點附近（預(yù)報軟件會給出可觀測凌日、凌月的帶狀區(qū)域），雖然前往特定地點的路邊拍攝往往是交通最方便的，但不大安全。在建筑物附近拍攝，就需要考慮遮擋問題了。此外，還要有足夠的時間往返拍攝地點并架設(shè)設(shè)備。綜合這所有的因素，1個月能夠拍攝一到兩次凌日、凌月已算幸運。

霍柱彰印象最深的一次拍攝是在2022年11月1日。經(jīng)過測算，他得知當(dāng)天凌晨4時27分左右，前一天剛發(fā)射的夢天實驗艙將對接中國空間站，北京地區(qū)能拍攝到對接后的首次凌日畫面。凌晨1點多，他與同學(xué)驅(qū)車前往距離學(xué)校100多公里的懷柔區(qū)最北邊，那里是他們選定的拍攝效果最好的區(qū)域。他們來回驅(qū)車近6小時，只為這段1秒鐘不到的中國空間站凌日畫面。

中國空間站特寫

研二時，霍柱彰的空閑時間多了一些，拍攝空間站凌日、凌月現(xiàn)象對他來說，還不過癮，他想嘗試拍攝空間站特寫，親自記錄和見證中國人自己的空間站建設(shè)和發(fā)展的歷程。在衡量了學(xué)業(yè)科研及業(yè)余愛好所投入的精力和時間后，他決定使用外國愛好者編寫的開環(huán)跟蹤軟件，并購入了經(jīng)緯儀、行星相機、導(dǎo)星鏡等設(shè)備。

拍攝空間站特寫的窗口期，不僅取決于空間站是不是能夠過境，最重要一點是，觀測者得在地面比較暗的地影區(qū)，而空間站則需要處于照射區(qū)，且有足夠大的反射面。一般來說，日落后或日出前兩小時內(nèi)是最佳拍攝時段，每次拍攝只有0.5到2秒。

隨著拍攝特寫的深入，霍柱彰不僅體會到拍攝的樂趣，也豐富和積累了自己的航天專業(yè)知識。捕捉到不同形態(tài)的空間站，不僅加深了他對軌道力學(xué)的理解，更讓他能夠直觀地看到空間站的實際運動，再與仿真數(shù)據(jù)進行對比驗證。

拍攝中難免會遇到各種問題，比如早期使用的經(jīng)緯儀機械誤差較大，霍柱彰需要通過不斷迭代設(shè)備來優(yōu)化拍攝效果。起初，他在北航沙河校區(qū)北邊一片花海中的碎石小路上進行拍攝，但多次均告失敗。后來他發(fā)現(xiàn)，碎石地面會隨著望遠鏡的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生微小的位移，這樣的位移雖不會對拍攝天空中緩慢移動的行星產(chǎn)生太大的影響，但是會對跟蹤拍攝空間站這類移動較快的目標會產(chǎn)生巨大影響。發(fā)現(xiàn)這個問題后，他更換了拍攝地點，雖然新的地點有的方向被實驗樓遮擋，但不會再出現(xiàn)先前的問題了。在這個地點，他拍攝了絕大多數(shù)的中國空間站特寫影像。

第一次較為成功的全程跟蹤拍攝是2022年9月24日，在北京延慶區(qū)一個天文農(nóng)莊中，由于周邊幾乎沒有遮擋且地面堅實，霍柱彰毫無意外地幾乎全程跟蹤中國空間站，并且拍攝到了特寫影像。

“第一”和“唯一”

2022年7月24日，問天實驗艙發(fā)射，霍柱彰提前一周就前往海南，從遠處的民宿陽臺上，他拍攝了長征五號B遙三運載火箭轉(zhuǎn)運的全過程。6天后，全世界現(xiàn)役在軌最重的單艙主動飛行器、中國空間站首個科學(xué)實驗艙——問天實驗艙由這發(fā)火箭送入預(yù)定軌道，與天和核心艙對接，為航天員提供更大的工作生活空間，為我國空間科學(xué)研究提供更大的平臺。在這次發(fā)射后的第二天凌晨，霍柱彰在文昌市區(qū)拍攝到了中國空間站凌月的影像，此時問天實驗艙已成功與天和核心艙對接，這也是新構(gòu)型的中國空間站的全球首個凌月影像。

2022年11月29日，神舟十五號計劃在23點發(fā)射?；糁梅治鲇嬎懔嘶鸺l(fā)射的軌跡，發(fā)現(xiàn)在發(fā)射后約7分鐘可以在北航沙河校區(qū)內(nèi)拍攝到神舟十五號?；糁门c幾位同學(xué)提前到校內(nèi)開闊地架設(shè)設(shè)備準備拍攝。當(dāng)時氣溫零下，他很快就發(fā)現(xiàn)三腳架云臺的轉(zhuǎn)動變得遲鈍了，似乎是內(nèi)部的潤滑液被凍住了，霍柱彰緊急借來同學(xué)的熱水壺往云臺上澆水以解凍，但很快又凍上了。眼看已經(jīng)找到了二級發(fā)動機工作形成的擴散尾焰，情急之下，他只好扛著整個三腳架進行跟蹤。最終，他們完整記錄了從二級主機關(guān)機到船箭分離的全過程。雖然拍攝中出現(xiàn)這點小狀況，但想到在遙遠的酒泉，有許多航天人為了保障這次發(fā)射成功同樣頂著嚴寒工作，相比于他們所面臨的困難，這次拍攝波折簡直不值一提。

2023年6月6日凌晨2時46分許，霍柱彰又在北航沙河校區(qū)內(nèi)拍攝到了天舟五號貨運飛船與中國空間站再次對接的畫面。這是目前已公開的信息中，第一次由業(yè)余愛好者從地面拍攝到中國空間站和艙段對接前夕的同框彩色特寫畫面。

2023年10月14日本是一個尋常的晴天，霍柱彰在這天第一次成功嘗試在白天跟蹤拍攝中國空間站。此后，他又多次在白天完成拍攝。在網(wǎng)上與天文愛好者交流時，霍柱彰才發(fā)現(xiàn)白天跟蹤拍攝空間站是十分困難的事情。截至2024年底，中國國內(nèi)只有極少數(shù)業(yè)余愛好者成功在白天跟蹤拍攝到中國空間站，其中一位是北京大學(xué)以自編程序拍攝中國空間站而出名的天體物理學(xué)博士劉博洋。他評價霍柱彰多次白天拍攝中國空間站“需要很豐富的望遠鏡使用經(jīng)驗”。霍柱彰也是目前唯一在白天數(shù)十次拍到中國空間站的業(yè)余愛好者。

霍柱彰于2023年10月16日白天拍攝的兩次中國空間站圖片和一次國際空間站圖片，被選為2024年4月的SPOM（空間站每月一圖），2024年6月18日白天多次拍攝中國空間站和國際空間站的圖像合集被選為2024年8月的SPOM（空間站每月一圖）。

“太空出差”的老師回來了

2023年5月底，聽聞神舟十六號發(fā)射在即，霍柱彰乘坐一天兩夜的火車到達內(nèi)蒙古自治區(qū)額濟納旗。他聯(lián)系了當(dāng)?shù)芈眯袌F，隨團前往距離酒泉發(fā)射中心塔架北側(cè)約6公里外的戈壁灘觀看和拍攝這次發(fā)射。在前往目的地的大巴上，通過新聞直播，他了解到這次神舟十六號乘組中有宇航學(xué)院同專業(yè)的桂海潮老師。在他本科畢業(yè)設(shè)計時，桂老師曾作為評審老師之一給他提出過一些書面意見，想到這次能夠在現(xiàn)場見證老師“上天”，霍柱彰感到十分激動。

2023年10月30日，神舟十六號乘組結(jié)束了154天的“太空出差”，按照計劃將于第二天返回地球，得知消息的霍柱彰馬上趕赴新疆庫爾勒。10月31日清晨約7時50分，霍柱彰看到兩個亮點從西南方向升起，朝著東方飛去。很快，后方的亮點逐漸燃燒解體為千萬顆亮橙紅色的火流星，還不時閃耀著綠色的光芒，而前方的亮點始終保持著穩(wěn)定的飛行軌跡。霍柱彰立即辨認出前方的亮點正是航天員所乘坐的神舟飛船返回艙，而后方則是逐漸解體燃燒的推進艙。他始終把鏡頭對準返回艙，沒有記錄后方推進艙解體時的“人造流星雨”。他認為，如果將鏡頭對準解體中的“人造流星雨”，會讓人誤以為是返回時出現(xiàn)了問題，引起不必要的誤解。“人造流星雨”固然美麗，但此刻的人們更希望航天員們平安歸來。

值得一提的是，霍柱彰拍攝剪輯的神舟十六號返回視頻后來被轉(zhuǎn)發(fā)給了當(dāng)時坐在返回艙內(nèi)的航天員桂海潮。桂老師返回地面后，霍柱彰又將自己拍攝的神舟十六號任務(wù)期間的影像制作成相框送給他。桂老師向霍柱彰提到了目前空間碎片對空間站運行的影響，他希望霍柱彰能在拍攝空間站之余多關(guān)注空間碎片的動向。

此后，在常規(guī)拍攝各種衛(wèi)星及空間碎片之外，霍柱彰還在白天利用短波紅外相機和濾鏡成功拍攝了其他空間目標，如火箭殘骸、星鏈衛(wèi)星等。他認為，目前太空中的衛(wèi)星和碎片快速增長，編目監(jiān)測的已有幾萬個，而跟蹤觀測這些目標的資源是有限的，業(yè)余愛好者的觀測也可以作為一個補充。

談及對未來的展望，霍柱彰表示，自己將繼續(xù)精進空間站跟蹤技術(shù)，未來計劃開發(fā)自動空間目標跟蹤站，為有關(guān)部門和單位提供跟蹤監(jiān)測的圖像和數(shù)據(jù)，為保障我國太空資產(chǎn)安全及太空交通管理貢獻自己的力量。