川观新闻记者 徐莉莎
恐怕没有哪位摄影师，能像天问一号探测器，发张照片就冲上热搜。去年刷屏的是地月合影，这次是火星图像！
2月5日，国家航天局公布了“天问一号”探测器传回的首幅火星图像。这是我国拍摄到的第一张火星照片！
▲图源 人民日报
图中，火星阿茜达利亚平原、克律塞平原、子午高原、斯基亚帕雷利坑，以及最长的峡谷—水手谷等标志性地貌清晰可见。
在茫茫太空中，没有手机网络，天问一号怎么把图像传输回地球？它距离火星220万公里，如何保证拍到高清画面？记者连线采访了中电天奥有限公司我国首次火星探测任务66m深空测控设备总设计师杜丹。
距离220万公里的拍摄
杜丹告诉记者，这张照片拍摄于1月30日。当时，天问一号距离火星220万公里。
从北京到上海，直接距离不过1000多公里。天问一号当时与火星相隔220万公里，照片怎么拍？
▲位于黑龙江佳木斯的66米深空测控站，由在川央企中电天奥股份有限公司承研
原来，此次“天问一号”的环绕器上搭载了一个高分辨率的拍摄装置，即使在遥远的距离也可以获得火星上平原、高地、峡谷等地形地貌的清晰影像。这是一次尝试性拍摄，为我国首次拍摄到火星的图像。
此后，天问一号还将频繁作为“摄影师”上线。待天问一号被火星引力捕获后，环绕火星做地形地貌勘测、选择着陆点，都需要这些照片作为判断依据。
此外，着陆-巡视器与环绕器分离并着陆火星后，火星车将在火星表面巡视工作。为了构建一个完整的地图和地形地貌，火星车也将拍摄大量图片，将数据传输到环绕器，再由环绕器传回到地面。
相隔1.84亿公里的传输
事实上，天问一号拍照，和我们用手机拍摄的原理相同。杜丹说，其特殊之处，在于多了一个相隔上亿公里的传输。这么远的距离，照片怎么传？
位于黑龙江佳木斯的66米深空测控站功不可没。它有一副直径66米的天线，形似大锅盖，是一个作用距离极远的“遥控器”，可以利用10kW功放将地面的指令发送到遥远的距离，实现对日定向、探测器变轨、姿态调整、发动机点火等动作，确保探测器沿正确的轨道飞行以及巡视器最终顺利软着陆。
▲位于黑龙江佳木斯的66米深空测控站，由在川央企中电天奥股份有限公司承研
同时，它又是一个行星际距离的“听诊器”，具有高灵敏度的接收能力。它时刻调整角度，负责在外太空噪声中寻找、捕获探测器信号，建立起探测器到地球之间的通信链路，获得探测器供电、温度、开关等工作状态及载荷参数和科学试验数据。
在探测器运行良好的情况下，“大天线”就能腾出一些空档，接收图片等数传信息。
为了完成图片等数据的传输，首先要建立通道。火星探测器距离地球已达到1.84亿公里。通常行星际的数据传输“道路狭窄”，意味着信号微弱，有效传输数据的速率很低。
这时候，深空测控站就发挥作用了。凭借其极高的灵敏度，信号捕获后建立起通信链路，就相当于修了一条从火星到地球的路；利用“大天线”和数据处理终端拓宽“道路”，提高传输速率。
杜丹为我们还原了这张照片的传输历程。天问一号为火星首次拍照后，将图像信息存储为数字信息并压缩，编码后调制在高频微波信号上发送，深空站接收该信号并解调图像信息，以16进制码和数据帧的形式，从佳木斯发送到北京航天飞行控制中心，进行信息处理和图像合成。
这个过程并不容易。由于行星际的数据传输“道路狭窄”，传输一副高质量图像往往需要大量数据帧，传输时长有时超过10分钟。由于传输过程中环境复杂，也可能出现误码或数据丢失，图片恢复以后可能出现坏点。为避免这些情况，科学家们也采用编译码和纠错的方式，确保图像的正确传输。
预计2月10日天问一号将被火星捕获
就在记者2月6日凌晨连线杜丹时，中电天奥深空测控技术团队还在忙着分析当天的数据。几个小时前，他们刚刚“遥控”天问一号完成捕获前的重要一步——地火转移段第四次轨道中途修正。
▲中电天奥深空测控技术团队
此次任务启用了20余牛的发动机，点火时间不到10秒，对轨道曲线进行了修正，以确保按计划实施火星捕获。
捕获，是此次火星探测任务至关重要的环节。目前，“天问一号”的飞行速度远远超过第二宇宙速度，在接近火星时，探测器将紧急制动“刹车”，速度减小一半以上，以成功被火星的引力捕获，成为它的一颗“人造卫星”，开启火星环绕之旅。
这是火星探测任务最关键的节点之一，需要启用3000牛的发动机，点火时间超过10分钟，消耗数百公斤的燃料。相比于一辆普通2吨重的小车来说，这是一个极其巨大的“油耗”，可见此次“刹车”的控制过程动静不小。此外，捕获只有一次机会，天问一号运行速度极快，稍不注意，就可能和火星擦肩而过，飞出太阳系。
据杜丹介绍，截至2月5日，天问一号已在轨飞行约197天，距地球1.84亿公里，距离火星约110万公里。飞行里程约4.65亿公里，目前飞行速度达到每秒20公里。
按照计划，天问一号将于10号约20点左右紧急“刹车”，随后捕获。由此进入环火轨道，开启环绕火星之旅，对火星的地形以及着陆点进行勘测，该过程将持续近3个月，预计5月中旬“落火”。(本文图片由受访者提供)
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