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任务|揭秘！天问一号火星捕获大片背后的“摄影师”

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在2021年春节期间 ， 我国首次自主火星探测任务完成了一件大事 ， 中国航天科技集团抓总研制的天问一号火星探测器抵达火星轨道 ， 顺利实施制动点火 ， 正式成为首个来自中国的火星人造卫星 。
在这次事件中 ， 作为实现火星捕获主要担当的天问一号火星环绕器 ， 由中国航天科技集团八院抓总研制 ， 不仅完成了俗称“刹车”的制动点火 ， 还利用随身携带的一堆“小家伙”仪器设备 ， 记录了天问一号抵达火星轨道过程中的影像 。
2月12日 ， 国家航天局对外发布中国首次火星探测任务天问一号探测器火星捕获过程影像 。 根据影像 ， 天问一号的太阳翼、定向天线 ， 以及火星大气层、表面形貌清晰可见 。 实施此次拍摄任务的工程测量分系统 ， 就是火星捕获大片背后的“摄影师” ， 由中国航天科技集团八院509所设计研制 。

（天问一号探测器火星捕获过程效果图 。 中国航天科技集团八院 供图）
中国首次火星探测任务探测器系统副总指挥兼环绕器总指挥张玉花表示 ， 为做好天问一号在轨工作状态的可视化监视 ， 八院火星环绕器工程测量团队专门设计了一套由多个“质量小、个头小、能耗小”的“小块头”组成的工程测量分系统 ， 包括固连遥测探头、近距离遥测探头和国旗 ， 而实施此次捕获过程拍照的 ， 便是其中的固连遥测探头的两个固连测量传感器 。
她告诉采访人员 ， 在实施火星捕获制动点火前 ， 天问一号需要将自身的姿态调整至点火姿态 ， 点火完毕后再恢复至对日巡航姿态 。 环绕器团队对该过程中探测器与火星相对位置精细分析后 ， 发现在建立姿态过程中 ， 火星分别可以进入回拍测量传感器的视场之中 ， 在制动点火期间火星可以进入固连测量传感器的视场之中 。
经过商讨和科学分析 ， 环绕器团队决定利用这两组“小块头”记录火星捕获这个大事件 。 监视相机完整记录了火星进出视野、发动机点火后探测器轻微震动和探测器从火星白天飞入黑夜的过程 。

（天问一号探测器火星捕获过程影像的截图 ， 火星大气层、表面形貌清晰可见 。 国家航天局 供图）
张玉花表示 ， 自我国首次自主火星探测工程立项以来 ， 如何做好天问一号在轨飞行可视化监测就成为了研制团队面对的重要任务之一 。 八院火星环绕器工程测量团队结合全飞行过程 ， 设计了太阳翼展开、定向天线展开、地月拍照、太空自拍、火星拍照、器器分离过程等监测任务 。
据她介绍 ， 既要实现如此多的监测任务 ， 又要保证质量、功耗、体积等资源需求小 ， 团队在充分利用环绕器已配置的高分相机、中分相机、光学导航敏感器等拍照设备基础上 ， 专门研制了一组“小块头”组成的工程测量分系统 。
这其中 ， 固连遥测探头是一种分布式布局、集中控制式的相机系统 ， 由控制模块和三个固连测量传感器组成 。 三个固连测量传感器依据太阳翼、定向天线、着陆巡视器的位置进行布局安装 。 由于火星探测的距离远、通信延时大等约束 ， 研制团队采用全自主成像控制理念完成固连遥测探头设计 。
张玉花表示 ， 只要固连遥测探头加电 ， 三个固连测量传感器可以在无地面指令操控下自主完成相应成像监测任务 。 在飞向火星的旅程中 ， 固连遥测探头一路监测天问一号的状态 ， 完成了太阳翼展开过程、定向天线展开监测 ， 在定向天线展开到位的同时拍摄到了地球 。
近距离遥测探头由控制线路盒、分离测量传感器和回拍测量传感器组成 。 分离测量传感器就是完成天问一号全貌拍摄及国旗自拍的那个“小块头” 。
2020年10月1日 ， 在举国欢度国庆、中秋双节之际 ， 国家航天局发布我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 。 这是我国天问一号探测器首次深空“自拍” ， 茫茫宇宙中银色的着陆巡视器和金色的环绕器熠熠生辉 ， 天问一号以此向祖国报告平安 ， 表达生日祝福 。 完成这一拍摄的 ， 正是分离测量传感器 。

（2020年10月1日 ， 天问一号发回首次“自拍” ， 向祖国报告平安 。 国家航天局供图）
有别于分离测量传感器 ， 回拍测量传感器安装于火星环绕器本体、无法实施分离 ， 但配置了100°的超大视角 ， 以尽可能的拍摄镜头中看到的一切 。
张玉花表示 ， 在接下来的飞行中 ， 八院火星环绕器工程测量分系统将继续开展任务 ， 持续监测太阳翼、定向天线的运行情况监测 ， 实施器器分离过程可视化监测 ， 继续为“天问一号”的探测之旅保驾护航 。
【任务|揭秘！天问一号火星捕获大片背后的“摄影师”】她还透露 ， 后续 ， 天问一号探测器会边环绕边完成拍照任务 ， 开展预选着陆区探测 ， 计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆 。

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