中国首次拍摄“火卫一”全身照

科技 2022-07-24 10:17:19
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本文转自:上观新闻

图像显示,火卫一是一个形状不规则的小天体,呈土豆状。 资料图片

在天问一号火星探测器发射成功两周年之际,由上海航天技术研究院抓总研制的天问一号火星环绕器拍摄的中国首幅“火卫一”图像昨天正式发布。

中国首次火卫一成像探测

火星有火卫一、火卫二两颗天然卫星,火卫一个头较大,约27千米长、22千米宽、18千米高,外形不规则、没有大气,运行在距离火星表面约6000千米的环火轨道,是太阳系中距离主星最近的一颗卫星。根据火卫一与环绕器的轨道关系,以及成像时的光照要求,运行团队精确计算、精准操控,在两者相距约5100千米时获取了分辨率约50米的清晰影像。

图像显示,火卫一是一个形状不规则的小天体,呈土豆状。图左上部可见表面分布的条纹,可能是撞击过程影响所形成的;图右上部有一处明显的撞击坑,直径约2千米,名为厄皮克撞击坑。科学界对于火卫一的起源存在争议,有些科学家认为,火卫一可能是一颗被火星引力捕获的小行星。

由于火卫一的特殊性,美国、俄罗斯、日本等多个国家均实施或提出过火卫一探测任务,其中日本瞄准火卫一取样返回目标正在开展探测器的研制工作。本次火星环绕器对火卫一探测是中国首次实施火卫一成像探测,首次近距离获取了火卫一的一手科学数据,为科学家开展火卫一地形地貌、运行规律等研究提供了珍贵数据,为我国行星探测工程积累了宝贵经验。

交会点光照条件均精确计算

在天问一号任务期间,各类相机、探测器大显神通,留下了许多珍贵影像。此次扩展任务是由环绕器上的有效载荷高分相机内部的一个小面阵探测器完成的,因为其有效视场不足0.3°,因此,拍摄过程中,上海航天飞控团队和研制团队都做了充分准备和精确计算。

“这相当于摄像师扛着照相机一边跑步,一边给另一个高速运动的物体拍照,而且相机的视场还很小,其中的难度可想而知。”上海航天火星环绕器副总师朱庆华介绍。

处于快速飞行过程中的环绕器和火卫一,在周期性的“相遇”时刻,即便是将整个0.3°视场的中心完全对准火卫一,从火卫一进入视场到飞出视场也只有6秒左右的时间,如果环绕器角度稍有偏差,则有可能连火卫一的身影都看不到。

因此,这完全是一次“预谋已久”的合影。任务实施前,研制团队首先需要精确计算轨道交会点,并要确认对应时间的光照条件是否满足拍摄需求。实施过程中,环绕器通过大角度姿态机动控制,调整角度,确保高分相机小面阵探测器的视场中心能够瞄准拍摄窗口,并保持稳定。而且,由于火星任务的器地时延,整个姿态机动、准确拍摄、恢复控制的过程均由环绕器全自主完成。“可以说为了获取这一瞬间的火卫一影像,算得准、指得稳、控得住、拍得好,缺一不可。”朱庆华说。

为了保证任务成功,团队针对高分辨率相机指向到平台姿态控制量的转换进行了多方比对及逐个环节确认。在任务实施过程中,火星环绕器首先完成姿态机动,将高分辨相机光轴精准地瞄准目标区域,静候火卫一飞越。在预期的飞越时间,火星环绕器利用高分辨相机实施连续拍照。

拍摄完毕后,火星环绕器进行姿态调整,恢复至巡航飞行姿态,并将成像数据通过定向天线传输至地面。在对数据进行处理后,火卫一的全貌图片展示在团队面前,火星环绕器高分辨率相机光轴正中火卫一的中心,火卫一成像探测任务取得成功。

天问一号持续开展遥感探测

自2020年7月23日成功发射入轨,天问火星环绕器完成202天4.75亿公里的深空飞行,于2021年2月10日抵达火星,成功实施捕获制动进入环绕火星轨道。

在环火轨道上完成3个月的预选着陆区详查探测后,火星环绕器于2021年5月15日完成降轨机动、器器分离,将着陆巡视器送入着陆火星轨道,随后升轨至停泊轨道执行着陆过程中继通信任务。完成着陆火星任务后,火星环绕器变轨至中继轨道,开展火星车中继通信任务。2021年11月8日,火星环绕器实施近火制动,准确进入遥感使命轨道,开展全球遥感探测。2022年6月29日,火星环绕器获取了火星全球的中分辨率影像数据,各科学载荷均实现了火星全球探测,完成既定科学探测任务。

目前,天问一号火星环绕器运行在遥感使命轨道上,运行稳定、状态良好。后续,火星环绕器将继续开展全球遥感探测,并将择机开展拓展技术试验,为相关任务开展先期技术验证。(记者 俱鹤飞)

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