首幅火星圖像 咋拍的？咋傳回的？

截至2月5日，“天問一號”在軌飛行約197天，距地球約1.84億公裡，距離火星約110萬公裡。飛行裡程約4.65億公裡，目前飛行速度達到每秒20公裡……

恐怕沒有哪位攝影師，能有“天問一號”的“妙手”——發張照片就上熱搜。去年刷屏的是地月合影，這次是火星圖像。

2月5日，國家航天局公布了“天問一號”傳回的首幅火星圖像。這是我國拍攝到的第一張火星照片！圖中，火星上阿茜達利亞平原、克律塞平原、子午高原、斯基亞帕雷利坑，以及最長的峽谷——水手谷等標志性地貌清晰可見。

在茫茫太空中，沒有手機網絡，“天問一號”怎麼把圖像傳輸回地球？它距離火星約220萬公裡，如何保証拍到高清畫面？“天問一號”拍的這張圖是黑白的，是“天問一號”相機水平不行嗎？帶著這些問題，記者連線採訪了來自中電天奧有限公司的、我國首次火星探測任務66米深空測控設備總設計師杜丹。

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距離約220萬公裡的拍攝

“這是一次嘗試性拍攝。今后，‘天問一號’還將頻繁作為‘攝影師’上線。”

杜丹告訴記者，這張照片拍攝於1月30日。當時，“天問一號”距離火星約220萬公裡。220萬公裡是什麼概念？從北京到上海，直線距離不過1000多公裡，相當於往返北京上海千余次。

從220萬公裡外拍攝火星，這是中國航天的第一次，這無疑是一個重大突破。據中科院官方科普平台“科學大院”報道，圖像之所以是黑白的，是因為相機使用的就是黑白模式，並不是相機水平不行，而是距離太遠。即使相距如此遙遠，依然能獲得清晰影像，靠的是“天問一號”環繞器上搭載的2種相機，分別為400公裡高度軌道上分辨率為100米級的中分辨率相機（MRC）和400公裡高度軌道上分辨率為2米的高分辨率相機（HRC）。這個高分辨率相機與歐洲空間局的火星快車探測器搭載的HRSC高分辨率立體相機相當，可在300至400公裡高度的軌道上獲得2米分辨率的圖像，達到了世界領先水平。

上述報道介紹，目前在火星軌道上成像分辨率最高的仍然是美國宇航局MRO探測器搭載的HiRISE（高分辨率成像科學設備），300公裡高度軌道上成像分辨率為0.3米，相當於地球軌道上最先進的商業對地觀測衛星。

雖然達不到HiRISE的高分辨率，但能觀測到火星表面2米級的物體，“天問一號”軌道器的成像精度已經達到歐美的水平，領先印度曼加裡安探測器。曼加裡安探測器曾經在7.45萬公裡的軌道上對火星全貌進行成像，得到的圖像還是一片模糊。同樣的高度上，MRO探測器可以看清火星北極的冰蓋輪廓。

隨著“天問一號”距離火星越來越近，分辨率為2米的高分辨率相機（HRC）將發揮更大的作用。“這是一次嘗試性拍攝。今后，‘天問一號’還將頻繁作為‘攝影師’上線。”杜丹透露，待“天問一號”被火星引力捕獲后，環繞火星作地形地貌勘測、選擇著陸點，都需要這些照片作為判斷依據。

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相隔約1.84億公裡的傳輸

信號捕獲后建立起通信鏈路，相當於修了一條從火星到地球的路﹔利用“大天線”和數據處理終端拓寬“道路”，提高傳輸速率

“事實上，‘天問一號’拍照，和我們用手機拍攝的原理相同。”杜丹說，其特殊之處，在於多了一個相隔上億公裡的傳輸。這麼遠的距離，照片怎麼傳？

位於黑龍江佳木斯的66米深空測控站功不可沒。它有一副直徑達66米的天線，形似大鍋蓋，是一個作用距離極遠的“遙控器”，可以利用10kW功放將地面的指令發送到遙遠的距離，實現對日定向、探測器變軌、姿態調整、發動機點火等動作，確保探測器沿正確的軌道飛行以及巡視器最終順利軟著陸。

同時，它又是一個具有高靈敏度接收能力“聽診器”，能時刻調整角度，負責在外太空噪聲中尋找、捕獲探測器信號，建立起探測器到地球之間的通信鏈路，獲得探測器供電、溫度、開關等工作狀態及載荷參數和科學試驗數據。

在探測器運行良好的情況下，“大天線”就能騰出一些空檔，接收圖片等數傳信息。

為了完成圖片等數據傳輸，首先要建立通道。火星探測器距離地球約1.84億公裡，通常行星際的數據傳輸“道路狹窄”，意味著信號微弱，有效傳輸數據的速率很低。

這時候，深空測控站就發揮作用了。憑借其極高的靈敏度，信號捕獲后建立起通信鏈路，相當於修了一條從火星到地球的路﹔利用“大天線”和數據處理終端拓寬“道路”，提高傳輸速率。

杜丹為我們還原了這張照片的傳輸歷程。“天問一號”為火星首次拍照后，將圖像信息存儲為數字信息並壓縮，編碼后調制在高頻微波信號上發送，深空站接收該信號並解調圖像信息，以16進制碼和數據幀的形式，從佳木斯發送到北京航天飛行控制中心，進行信息處理和圖像合成。

這個過程並不容易。由於行星際的數據傳輸“道路狹窄”，傳輸一幅高質量圖像往往需要大量數據幀，傳輸時長有時超過10分鐘。由於傳輸過程中環境復雜，也可能出現誤碼或數據丟失，圖片恢復以后可能出現壞點。為避免這些情況，科學家們也採用編譯碼和糾錯的方式，確保圖像的正確傳輸。

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今日，看火星捕獲“天問一號”

就在記者2月6日凌晨連線杜丹時，中電天奧有限公司深空測控技術團隊還在忙著分析當天的數據。幾個小時前，他們剛剛“遙控”“天問一號”完成捕獲前的重要一步——地火轉移段第四次軌道中途修正，以確保按計劃實施火星捕獲。

捕獲，是此次火星探測任務至關重要的環節。目前，“天問一號”的飛行速度遠遠超過第二宇宙速度，在接近火星時，探測器將緊急制動“剎車”，速度減小一半以上，以成功被火星的引力捕獲，成為它的一顆“人造衛星”，開啟火星環繞之旅。

這是火星探測任務最關鍵的節點之一，需要啟用數千牛的發動機，點火時間超過10分鐘，消耗數百公斤的燃料。這是一個極其巨大的“油耗”，可見此次“剎車”控制過程動靜不小。此外，捕獲隻有一次機會，“天問一號”運行速度極快，稍不注意，就可能和火星擦肩而過，飛出太陽系。如果捕獲動作完成不好，太靠近火星，探測器也有可能被火星引力摧毀。

杜丹介紹，截至2月5日，“天問一號”已在軌飛行約197天，距地球約1.84億公裡，距離火星約110萬公裡。飛行裡程約4.65億公裡，目前飛行速度達到每秒20公裡。

按照計劃，“天問一號”將於2月10日20時許緊急“剎車”，隨后捕獲。由此進入環火軌道，開啟環繞火星之旅，對火星的地形以及著陸點進行勘測，該過程將持續近3個月，預計5月中旬“落火”。

我們期待她給我們帶回更多的驚喜，能告訴我們關於火星更多的答案。

□四川日報全媒體記者徐莉莎

新聞背景

“你可能不知道”的火星趣事

火星是一顆不斷給我們帶來驚喜的行星。西班牙媒體前不久發表題為《你以前不知道的火星趣事》的報道，在本文中，你將發現關於這顆紅色星球的多個事實。

火星極具特點的顏色是怎麼來的？

火星的顏色極具特點，因而俗稱為紅色星球。這種顏色也讓人聯想到被氧化的金屬，因為我們的“鄰居”表面布滿鐵質。

太陽系最高的山

喜馬拉雅山脈放在火星上就是一座小山丘。我們有所耳聞的奧林帕斯山高約23千米，幾乎是珠穆朗瑪峰的3倍，這使它成為太陽系中最高的山。奧林帕斯山是一座火山，寬約600公裡，相當於從馬德裡到圖盧茲（法國）的直線距離。

火星離地球有多遠？

目前，我們距離火星約6200萬公裡。2003年，我們的“鄰居”距離我們5570萬公裡，2018年是5760萬公裡。據估計，下一次兩顆行星靠近時，二者距離大約為5690萬公裡。最短距離或是5460萬公裡，但這還沒有發生。

現在就能“造訪”火星

在家裡就可以探索火星，不需要望遠鏡，而且就在大白天。怎麼做呢？谷歌地圖添加了一項功能，讓你可以像在地球上一樣遨游這顆紅色星球。要造訪它的話，隻需進入谷歌地圖，選擇地球視圖，不斷縮小直至出現火星選項。（據新華社）