中国人拍的首张「红色星球」高清照为什么是黑白的？
最新更新时间：2021-02-06
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这张照片背后，涉及两大关键仪器。
作者 | 付静
昨晚，国家航天局公布了天问一号传回的首幅火星图像，这是天问一号在距离火星约 220 万公里处拍下的景象。
图中，包括阿茜达利亚平原、克律塞平原、子午高原、斯基亚帕雷利坑、水手谷在内的火星标志性地貌清晰可见。
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红色星球的「黑白照」背后
作为我国首个火星探测任务，天问一号自 2020 年 7 月 23 日成功发射以来备受关注，其传回「中国人拍的第一张火星近照」的消息迅速登上各大社交媒体热榜。
《吕氏春秋•制乐》有云：
荧荧火光，离离乱惑。
火星外观荧荧似火，行踪捉摸不定，古人将其称为“荧惑”，认为它是战争、死亡的代表。
一直以来，我们将火星称为是红色星球，站在科学的角度，火星表面呈红色的原因在于其土壤富含氧化铁。
千百年来，这颗星球在人们心中颇具神秘感，而此次引发网友最多讨论的一个问题是：火星图像为什么不是红色的？
甚至于，网友们还开展了一场火星 PS 大赛。
【图源微博@大国航天】
其实原因很简单——国家航天局相关人士表示，本次采用了黑白呈像。
即便如此，拍下这张照片，也用到了两大关键仪器。
据《中国航天报》报道，天问一号首先通过光学导航敏感器在浩瀚星空中找到火星，在测出相对角度后，控制天问一号精准指向火星，再用高分相机对火星进行拍摄。
这里所说的「光学导航敏感器」可以说是天问一号的眼睛，它基于光学探测原理，专门应用于空间环境，是一种获取航天器姿态或导航信息的敏感器。
此次天问一号上的光学导航敏感器由航天科技集团八院控制所研制，据《中国航天报》介绍：
它可在飞近火星的过程中通过对火星成像，利用火星图像计算火星的形心位置和视半径大小，结合估计算法获取探测器相对于火星的实时位置和速度信息。
此前，天问一号就曾利用这一敏感器，在距地球约 120 万公里处拍下了一张地月合影。
而「高分相机」的全称是高分辨率相机，研制单位为中国科学院长春光学精密机械与物理研究所。
据长春光机所介绍，这一相机：
采用了集光能力强、有效口径利用充分、光学传递函数高、杂光抑制能力强的长焦距大视场离轴光学系统；通过碳纤维桁架实现了光学元件的位置保证和高轻量化的结构设计；配置了五谱段 TDI CCD 和国产面阵探测器两种成像探测器，实现线阵推扫和面阵成像的兼容。
简单来讲，有了这一相机，天问一号就具备了获得火星表面真彩色融合图像及视频图像的能力，接下来天问一号自然还将传回更多火星的高清大片，我们期待一下。
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火星探测“绕-落-巡”
作为中国深空探索的重要一步，天问一号已是世界领先的探测器之一——除了上述两大设备，天问一号此次的有效载荷涵盖着数台精密仪器。
结构上，天问一号探测器主要包括：
- 一架轨道飞行器，置有探测火星地形地貌、岩石分布和气候变化的 7 台科学仪器（在火星车探测期间将作为通信中继器）；
- 一个着陆器，将完成进入大气减速下降、落火、延伸坡道等一系列动作，以便火星车驶向火星表面；
- 一辆火星漫游车，置有 6 台科学仪器，将探测火星地下土壤分布和成分，并探究地下水是否有分布。
其中，火星车重量约 240 公斤，以太阳能电池为动力，设计寿命 90 天，但可正常使用 2-3 年。顶端有避障的全景相机和可识别矿物质成分的多光谱相机，另配有 4 个太阳能电池板、探测雷达、磁场探测仪和气象测量仪。
上述三部分恰好对应着天问一号要完成的三项任务：其一，轨道飞行器环绕火星探测；其二，着陆器软着陆、进行定点探测；其三，火星车开始 90 多天的非定点巡视探测——也就是我们所说的“绕-落-巡”三步。
若任务顺利完成，这将是全球首次探测火星就实现软着陆的任务，中国必将跻身太空探索领域领先者之列。
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路其漫漫，积跬致远
火星探测，绝非一蹴而就。
2016 年 1 月 11 日，中国火星探测任务正式立项，给 2020 年左右发射火星探测器的想法埋下了种子。
三年努力后，2019 年 10 月 11 日，中国火星探测器终于亮相；一个月后，中国火星探测任务也首次公开。
2020 年 4 月 24 日，第五个“中国航天日”，国家航天局正式宣布：
- 我国行星探测任务命名为“天问”；
- 我国首次火星探测任务命名为“天问一号”。
【当天公布的我国首次火星探测标识“揽星九天”】
2020 年 7 月 23 日 12 时 41 分，海南文昌航天发射场，搭载着“天问一号”探测器的长征五号遥四运载火箭成功发射，我国首个火星探测任务开启，我国向着成为全球第三个降落在红色星球的国家的目标前进。
自此，天问一号任务进展顺利，各系统状态保持良好，具体时间线经雷锋网整理如下：
- 2020 年 7 月 27 日，地面人员控制天问一号在飞离地球约 120 万公里处回望地球，获取了地月合影。
- 2020 年 8 月 2 日 7 时，在飞控团队控制下，天问一号完成第一次轨道中途修正。
- 2020 年 8 月 28 日，天问一号已在轨飞行 36 天，飞行历程突破 1 亿公里。
- 2020 年 9 月 20 日 23 时，在飞控团队控制下，天问一号完成第二次轨道中途修正。
- 2020 年 10 月 1 日国庆节当天，国家航天局发布天问一号首次深空“自拍”。
- 2020 年 10 月 9 日 23 时，在飞控团队控制下，天问一号完成一次深空机动。
- 2020 年 10 月 28 日 22 时，在飞控团队控制下，天问一号完成第三次轨道中途修正。
- 2020 年 11 月 17 日，天问一号已在轨飞行 116 天，飞行里程突破 3 亿公里。
- 2021 年 1 月 3 日，天问一号已在轨飞行 163 天，飞行里程突破 4 亿公里。
【深空机动轨道示意图】
【天问一号和一面特殊材质的五星红旗自拍】
据国家航天局昨日消息，2021 年 2 月 5 日 20 时，天问一号顺利完成地火转移段第四次轨道中途修正，以确保按计划实施火星捕获。
国家航天局昨晚称：
截至目前，天问一号已在轨飞行约 197 天，距地球约 1.84 亿公里，距离火星约 110 万公里，飞行里程约 4.65 亿公里。
据航天博主“大国航天”的最新消息：
截至北京时间 2 月 6 日 9:40，天问一号到火星的距离约 978,666 公里。
火星，我们就要来了！
本文参考来源：
- http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/index.html
- https://weibo.com/u/7433087513?topnav=1&wvr=6&topsug=1&is_all=1#1612579662180
- https://www.zhihu.com/question/443050370
- http://www.ciomp.cas.cn/xwdt/yw/202007/t20200723_5643042.html
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