来自“天问一号”的冬奥祝福，原来是“宇宙级自拍”

lixiang007700

北京冬奥会开幕当天，一份来自火星轨道上的祝福，穿越了3.2亿千米的漫长星际旅程，到达地球。正在执行我国首个行星际探索任务的“天问一号”探测器，与五星红旗、北京冬奥会和冬残奥会会徽的同框照片传回地球，送上了一份“最高”的冬奥礼物。

这张珍贵合影原来是一张“宇宙级自拍”，回拍相机由中国航天科技集团八院803所研制。据803所产品主管设计师吴迪介绍，回拍相机安装在自拍杆的末端。自拍杆是一种变结构锁定和伸展装置，由特殊材质制成，在“天问一号”发射和飞往火星的过程中，均为收拢状态。到达火星轨道后，自拍杆通过加热片局部加热的方式，使其由四段折叠收拢状态向外展开，完全伸展开后的长度可达1.6米。

“如此长的自拍杆，完全可以使回拍相机的镜头正对着火星环绕器，稳定地监测火星环绕器的飞行情况。”吴迪说，“为了尽可能地扩大拍照视野，研制团队采用了视场更大的镜头，水平视场与垂直视场都超过100°，回拍相机可以实现稳定的近身连续拍摄，获取更多飞行细节。”

在日常拍照中，光照条件对拍摄者十分重要。在火星轨道上拍照，尤其是自拍难度更大。由于火星轨道的环绕器处于飞行过程中，光照条件、受照范围、自拍杆伸展后的角度，都会导致五星红旗、北京冬奥会和冬残奥会会徽以及环绕器本体等光学特性发生连续变化。这些变化产生的不确定性，是对光学相机自动拍照的最大挑战。

此外，由于采用了视场更大的镜头，环绕器“入镜”面积大，可能出现部分处于极亮（受太阳光照射）状态、部分处于极暗（阴影区域）状态的情况，随着环绕器在轨道上快速飞行，环绕器本体亮和暗的区域也一直处于变化中。

“考虑到诸多拍摄工况，我们设计了以五星红旗为中心的自适应曝光成像控制策略。通过对获取图像情况的计算，自主调整曝光时间，在光照条件连续变化情况下，确保可以获取清晰的五星红旗图像。”吴迪说。

在“天问一号”传回的视频中可以看到，金色的环绕器反射太阳光的位置在逐渐变化，从右下角逐渐向中间移动，直至强烈的阳光照射在五星红旗上，五星红旗始终清晰可见。

自2020年7月23日“天问一号”探测器发射升空以来，八院803所研制的多款相机大显身手，在我国首次自主火星探测之旅中，圆满保障各项工程测量任务外，“彩蛋”频出，留下了诸多难忘瞬间，为我国首次自主火星探测留下了大量宝贵的过程影像，丰富了任务成果。

例如，2020年7月27日，“天问一号”探测器上的光学导航敏感器在距离地球120万公里处，“回眸”地球家园，拍下一张“地月合影”。呈“新月”状的地球与月球在茫茫宇宙中遥遥相望、交相辉映。

2020年10月1日，在举国欢度国庆、中秋之际，“天问一号”探测器首次进行深空自拍，通过“分离式监测”的方式，抛出了一个分离相机，采取WIFI通信传回所拍图片，向祖国表达了生日祝福。

2022年元旦，“天问一号”探测器从遥远的火星又传回一组精美图像，由另一台分离相机再次飞身一跃拍摄而成，将火星北极冰盖、环绕器局部特写及环绕器与火星合影的精彩画面，完美地呈现在人们眼前，向全国人民致以节日问候。