來自天問一號的冬奧祝福，原來是“宇宙級自拍”

北京冬奧會開幕當天，一份來自火星軌道上的祝福，穿越了3.2億千米的漫長星際旅程，到達地球。正在執行我國首個行星際探索任務的“天問一號”探測器，與五星紅旗、北京冬奧會和冬殘奧會會徽的同框照片傳回地球，送上了一份“最高”的冬奧禮物。

這張珍貴合影原來是一張“宇宙級自拍”，回拍相機由中國航天科技集團八院803所研制。據803所產品主管設計師吳迪介紹，回拍相機安裝在自拍桿的末端。自拍桿是一種變結構鎖定和伸展裝置，由特殊材質制成，在“天問一號”發射和飛往火星的過程中，均為收攏狀態。到達火星軌道后，自拍桿通過加熱片局部加熱的方式，使其由四段折疊收攏狀態向外展開，完全伸展開后的長度可達1.6米。

“如此長的自拍桿，完全可以使回拍相機的鏡頭正對著火星環繞器，穩定地監測火星環繞器的飛行情況。”吳迪說，“為了盡可能地擴大拍照視野，研制團隊采用了視場更大的鏡頭，水平視場與垂直視場都超過100°，回拍相機可以實現穩定的近身連續拍攝，獲取更多飛行細節。”

在日常拍照中，光照條件對拍攝者十分重要。在火星軌道上拍照，尤其是自拍難度更大。由于火星軌道的環繞器處于飛行過程中，光照條件、受照范圍、自拍桿伸展后的角度，都會導致五星紅旗、北京冬奧會和冬殘奧會會徽以及環繞器本體等光學特性發生連續變化。這些變化產生的不確定性，是對光學相機自動拍照的最大挑戰。

此外，由于采用了視場更大的鏡頭，環繞器“入鏡”面積大，可能出現部分處于極亮（受太陽光照射）狀態、部分處于極暗（陰影區域）狀態的情況，隨著環繞器在軌道上快速飛行，環繞器本體亮和暗的區域也一直處于變化中。

“考慮到諸多拍攝工況，我們設計了以五星紅旗為中心的自適應曝光成像控制策略。通過對獲取圖像情況的計算，自主調整曝光時間，在光照條件連續變化情況下，確保可以獲取清晰的五星紅旗圖像。”吳迪說。

在“天問一號”傳回的視頻中可以看到，金色的環繞器反射太陽光的位置在逐漸變化，從右下角逐漸向中間移動，直至強烈的陽光照射在五星紅旗上，五星紅旗始終清晰可見。

自2020年7月23日“天問一號”探測器發射升空以來，八院803所研制的多款相機大顯身手，在我國首次自主火星探測之旅中，圓滿保障各項工程測量任務外，“彩蛋”頻出，留下了諸多難忘瞬間，為我國首次自主火星探測留下了大量寶貴的過程影像，豐富了任務成果。

例如，2020年7月27日，“天問一號”探測器上的光學導航敏感器在距離地球120萬公里處，“回眸”地球家園，拍下一張“地月合影”。呈“新月”狀的地球與月球在茫茫宇宙中遙遙相望、交相輝映。

2020年10月1日，在舉國歡度國慶、中秋之際，“天問一號”探測器首次進行深空自拍，通過“分離式監測”的方式，拋出了一個分離相機，采取WIFI通信傳回所拍圖片，向祖國表達了生日祝福。