2022年元旦，我們發(fā)布了我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器從遙遠(yuǎn)的火星傳回的一組精美圖像，向全國(guó)人民報(bào)告“天問一號(hào)”平安，并送上新年祝福。
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相信不少愛好者在激動(dòng)之余，也不禁會(huì)心生疑惑，茫茫太空哪里來的無形之手給環(huán)繞器與火星拍下了絕美合影？
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其實(shí)，早在2020年國(guó)慶期間，天問一號(hào)在奔火途中已經(jīng)完成了首次太空“自拍”，為祖國(guó)送上了生日祝福，環(huán)繞器上的五星紅旗光彩奪目，熠熠生輝。

與此前的“生日祝福”類似，由航天科技集團(tuán)八院研制的分離測(cè)量傳感器在地面控制下再次實(shí)施分離監(jiān)測(cè)任務(wù)，?在慢慢遠(yuǎn)離的過程中利用自身兩側(cè)安裝的兩個(gè)廣角鏡頭，每秒拍攝一張圖像，通過WiFi傳輸?shù)姆绞綄D像傳回天問一號(hào)探測(cè)器，最終將北極冰蓋、環(huán)繞器局部特寫及環(huán)繞器與火星合影的畫面呈現(xiàn)在我們眼前。兩次“自拍”都是為了做好火星探測(cè)器在軌工作狀態(tài)的可視化監(jiān)測(cè)。
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距離地球近4億公里外想“自拍”也沒有那么簡(jiǎn)單，由于環(huán)繞器自身個(gè)頭太大，需要一支長(zhǎng)達(dá)15米的自拍桿才能實(shí)現(xiàn)全身照自拍，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(cè)量分系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)提出了“分離式監(jiān)測(cè)方案”，設(shè)計(jì)了一套由多個(gè)分離測(cè)量傳感器組成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過將這些“小家伙”們拋離的方式完成探測(cè)器深空“自拍”。?

分離測(cè)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?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)鎖定解鎖、分離釋放，分離后自供電、自動(dòng)拍照、wifi通訊等功能，給研制過程帶來了不小的挑戰(zhàn)。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(jí)間分離、衛(wèi)星釋出等環(huán)節(jié)均使用火工品（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。）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(cè)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(dòng)作。
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分離測(cè)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WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。不過在外太空用WiFi也沒那么簡(jiǎn)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大范圍溫度適應(yīng)性測(cè)試，并對(duì)關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行測(cè)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(duì)相關(guān)電路進(jìn)行了多輪迭代改進(jìn)，并對(duì)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wifi數(shù)據(jù)傳輸。

最后，作為太空攝影師，最重要的職責(zé)當(dāng)然是“拍得好”。研發(fā)團(tuán)隊(duì)在地面模擬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(cè)試驗(yàn)證，最終制定了在火星背景下分段式自動(dòng)曝光的策略。根據(jù)火星在視場(chǎng)中所占像元數(shù)對(duì)曝光時(shí)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(cè)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(cè)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。

來源 |?航天科技集團(tuán)八院

編輯 |?劉彥 萬珂 張高翔 岳磊