太空中如何美美地“自拍”

毛新愿

掐指一算，離家八個月的天問一號現在應該已經進入火星軌道了。去年國慶節，天問一號在路上發回一張深空自拍照，向祖國致敬的同時，也向大家問好。很多人很好奇天問一號到底是如何自拍的？今天我們就來揭秘一下吧！

從天問一號發回的照片中，我們可以看到它的整體結構，包括一個帶著巨大太陽能帆板和通信天線的環繞器，以及被包裹起來的著陸器和巡視器組合體。如果以圖中的五星紅旗（尺寸為39cm×26cm）作為參考，整個組合體的體積之大可想而知。顯然，這種角度的自拍不是“自拍桿+廣角相機”的組合能夠完成的。所以，天問一號需要帶一個“自拍神器”。

天問一號（圖片來源：中國國家航天局）

這個“自拍神器”就是從天問一號上分離出去的“分離測量傳感器”，通俗點說，它就是一顆類似相機的微小衛星。這顆微小衛星在離開天問一號的過程中，能夠監測探測器的整體工作狀態，為它進行全方位的拍照測量，記錄下每一個珍貴時刻。

分離測量傳感器沒有復雜的姿態保持系統，為了盡可能完美地完成任務，它的前后各設置了兩個廣角鏡頭，離開天問一號后它將保持每秒1張的速度對天問一號進行拍攝。不過，由于這顆微小衛星沒有巨大的天線，所以無法將這些圖像數據直接傳回地球，還需要借助超級Wi-Fi將圖像數據傳輸給天問一號。隨后，天問一號再擇機將處理完的圖像數據發回地球。

天問一號的拍攝過程：

這下你們知道航天“網紅”的美麗自拍照到底是怎么拍成的了吧？！

說到這里，如果你們以為分離測量傳感器發回美照只是為了曬遍全球朋友圈，那就太小瞧它了！它最重要的使命其實是從整體上監測天問一號的飛行狀態。

自從2020年7月23日，天問一號從海南文昌航天發射場出發后，天問一號已經離地球很遠，地面測控人員根本無法通過光學觀測等手段對它進行監測。所以，分析分離測量傳感器傳回的圖像數據就成為一種有效的監測手段。航天工程師們仿佛通過電磁波通信這條“風箏線”，遙控著已經躲在云后看不見的“風箏”。

其實，這種自拍技術的應用對于中國的航天器來說并非首次。有些與分離測量傳感器功能類似的微小衛星甚至可以長期伴隨主航天器飛行，又稱伴飛衛星。我國天宮二號太空實驗室在執行任務期間，釋放了一顆伴飛小衛星，它能夠利用高清相機長期拍攝天宮二號的整體情況，尤其是在與神舟十一號飛船對接期間發揮了重要作用。

高清影像不僅有助于為航天器交會對接提供直接的數據支持，也能為研發人員積累大量珍貴的數據，以便未來進一步提升相關技術。實際上，早在2008年的神舟七號載人任務中，伴飛衛星就已經開始應用。

神舟七號飛船的伴飛衛星拍攝的照片（圖片來源：中國國家航天局）

伴飛衛星的應用非常廣泛，除了我們前面介紹的光學成像功能之外，它們還能進行高速通信、天文觀測、技術試驗和科學試驗等。2018年5月，洞察號著陸器從地球出發，與它一起前往火星的還有兩顆小型伴飛衛星MarCO，昵稱為“瓦力”和“伊娃”，每顆僅有不到10千克的重量。

傳統的著陸器會在著陸期間自主記錄所有數據，然后進行數據儲存、壓縮，再等待環繞器飛抵上空時擇機將數據上傳，最后由環繞器將數據發回地球，整個過程需要很長的時間，地球人想要目睹著陸盛況就需要一個漫長的等待期。伴飛衛星的出現很好地解決了這個問題，在洞察號著陸火星的過程中，伴飛衛星幾乎是在“第一時間”為地球人進行了實況直播，人們很快就了解了洞察號的著陸和工作情況。所以說，伴飛衛星就是下一代深空通信技術的驗證者。

“瓦力”和“伊娃”編隊直播洞察號著陸火星的過程（圖片來源：NASA）

最后不得不說，無論是天問一號攜帶的分離測量傳感器，還是洞察號攜帶的新技術驗證伴飛衛星，它們都沒有足夠的能力改變自己的軌道，所以注定在使命終結之后滑向深空結束自己短暫的一生。