“祝融号”火星上怎样玩自拍?深圳特区报读特客户端记者独家专访揭秘

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金色车身步履稳健,

蝶状太阳翼展翅欲飞,

萌萌的“大眼睛”炯烔有神,

鲜艳的五星红旗熠熠生辉。

“祝融号”火星车认真工作的样子是不是很帅?!

△着陆点全景图,摄影:“祝融号”火星车

△火星地形地貌图,摄影:“祝融号”火星车

△“中国印迹”图,摄影:“祝融号”火星车

△“着巡合影”图,摄影:“祝融号”火星车

6月11日,国家航天局在京举行天问一号探测器着陆火星首批科学影像图揭幕仪式,公布了由“祝融号”火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”和“着巡合影”等影像图。首批科学影像图的发布,标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功。这组照片中的“着巡合影”引发网友好奇,它是怎样诞生的?航天科技集团五院508所工程师、天问一号火星探测任务508所相机副主任设计师张保贵接受深圳特区报读特客户端记者独家专访,详解火星相机满满的科技含量。


自带WiFi 还“下金蛋”

“它是由我们WiFi分离探头拍摄的,我们一般亲切地称之为WiFi相机。”张保贵自豪地说。自带WiFi上火星,听上去是不是很酷?这台WiFi相机,配备有WiFi组件,包括天线,具备WiFi通讯能力。着陆平台上有WiFi接收设备,负责接收WiFi图像数据。成像模式的指令也通过WiFi发送。这在国际上是首次将WiFi用于舱外监视相机上,实现了应用领域的创新。

“它就装在‘祝融号’火星车‘肚子’下方,等火星车行驶到火星表面以后,车开到一定位置,先发送指令让相机开机,通过分离解锁机构把相机释放下来,直接落到火星表面上。”张保贵幽默地比喻说:“分离解锁动作类似于‘下蛋’,火星车车身包裹着金色热控膜,WiFi相机里边儿也镀着金膜,我们做试验时就笑称这个环节是‘下金蛋’。”

“下”完“金蛋”之后,按计划这台相机将开机成像。它将以“摄影师”视角,监视火星车在火星表面行驶的部分过程,为其拍下全身照,记录下“祝融号”与着陆平台“亲密合影”的深情一刻。

“WiFi目前在宇航领域用的不多,也没有专门开发针对性的芯片。”张保贵说,设计团队根据火星的复杂环境,用了4年时间,有针对性地对工业级芯片做了一些创新设计,包括放大设计功率、增强WiFi可靠性等,使其满足需求。

另一个难点在于电池。“WiFi相机另外一个特点就是它使用一次性电源,用电池供电。而这个电池要克服探火阶段的高低温环境影响。”

“在低温的情况下电池会产生结晶,高温更会产生一些不可逆的变化,再回到工作温度以后,它就没法用了。”张保贵说。为此,电池设计上,首先要保证在零下100℃到零上60℃,电池电量不损失。然后相机工作时,要创造相对好一点的条件,通过热控,把相机的工作温度加上来。

“慧眼”相助 记录关键不间断

张保贵介绍说,这次天问一号上搭载了508所研制的落火状态监视相机、开伞过程监视相机等产品,它们对火星探测器落火、巡视中的关键环节、关键动作做出忠实记录。

作为另一个必不可少的火星相机,落火状态监视相机充当着火星探测器的另一双“眼睛”,它在落火后第一时间开工,抓拍到“祝融号”火星车太阳能帆板、天线等机构展开正常正位,车体抬升,建立最好的初始状态,像极了精神抖擞准备开工的“打工人”。

“这台火星相机装在着陆器外层平台上,它肩负着两大使命:第一个使命就是往上拍摄背罩抛离的过程,保证背罩分离过程中动作可视可控。” 张保贵介绍说,第二个使命就是等探测器着陆火星以后,它会再次开机,拍摄“祝融号”火星车的状态,监视火星车初始状态建立的过程,确认太阳翼是否如常打开、天线是否如常运作等。

更小,更轻,更抗压

“另外2台开伞监视相机,装在椭圆形背罩顶部,就在伞舱的法兰左右两侧各装了一个。”张保贵介绍说,这2台相机都是可视化遥测相机,主要用来监视在落火的“恐怖九分钟”里降落伞的开伞动作及摆动情况,并实时监测着陆火星的状况。其监测的数据将给降落伞后续的设计提供迭代数据,为后期型号设计提供参考。

这两台相机每个尺寸为50×50×40mm,只有手机一半大小,它们面对的困难主要是减震,“降落伞工作前火工品工作,冲击振动环境非常恶劣。为此,我们专门研制出专用减震垫。”张保贵指出,负载越轻越不好减震,这个减震垫的创新之处就在于轻载荷下的减震设计,为此团队反复做试验,做防震计算,使相机最终可承受相当于地球地心吸力6200倍的冲击。

“虽然相机是个小设备,但包含光机电热四大专业,可以说是麻雀虽小五脏俱全。这在此次火星相机上体现的尤其明显,绝对算得上是一个小型的复杂单机。”张保贵说,火星上未知的环境对相机的研发提出了更高的要求。

第一个挑战便是“减重”,因为火星离地球比较远,减重要求苛刻。原来的宇航相机产品一般在700多克至1000克之间,这次专门做了减重设计和一些集成化设计,一个相机不到300克。

“我们想办法把产品做得更小、更轻,而且为了减重,个别部位使用的材料是一种新材料。”张保贵介绍说,它特别轻,比常用的铝合金要轻1/3。但它的活性比较大,容易氧化,表面处理更困难。这些都是因新材料使用需要解决的问题,为此,使惯了“铝合金”大刀的“关公”们,又要重新学习“舞剑”。

第二个挑战在于深空探测数据传输通道窄、码率低,这就要求对相机的图像数据压缩到足够小。这些相机拍回的都是彩色照片,不过为把信道更多留给科研数据,可视化遥测相机像素并不高,只有400万像素。同时,在设计中团队采用“缩骨大法”,在图像压缩方面狠下功夫,除了静态图片的压缩方式外,视频压缩比已经到100倍以上。大压缩比也是此次设计中相对比较新的一个方法。

张保贵所在火星相机团队以“80后”“90”后为主,但他们已经参加了从嫦嫦娥二号至嫦娥五号等多项重大任务,可谓久经沙场。特别是在嫦娥五号任务中,508所相机团队承担了8台(套)载荷和1台相机控制器的研制工作。全程见证、记录嫦娥五号从降落到钻取采样、表取采样以及返回器再次起飞的过程。

深空探测,逐梦九天。未来,他们还将向着宇宙深处继续进发。

(原标题《“祝融号”拍摄的火星高清照来了!听专家揭密“着巡合影”如何诞生 》)

(作者:深圳特区报驻京记者 陆云红 李萍 通讯员 李莉)

编辑 郑蔚珩 审读 吴剑林 审核 詹婉容
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