2022年元旦佳節，天問一號火星探測器從距離地球近4億公里外的火星軌道送上祝福，傳回了一組精美圖像，其中就包括一張以火星為背景的壯觀自拍。很多人看了這張照片可能會心生疑惑：茫茫太空，誰給環繞器與火星拍的照？事實上，這已經不是天問一號第一次太空自拍了。

天問一號環繞器與火星合影

早在2020年國慶期間，天問一號在奔往火星的途中，就完成了首次太空“自拍”，環繞器上的五星紅旗光彩奪目，熠熠生輝。

2020年國慶天問一號首次太空“自拍”

成功登陸火星後，在火星表面，著陸器、祝融號火星車還曾經完成了一次自拍合影。

著巡合影

據悉，兩次太空“自拍”都是由航天科技集團八院研製的分離測量傳感器在地面控制下實施的分離監測任務。

分離測量傳感器脫離環繞器後，在慢慢遠離的過程中，利用自身兩側安裝的兩個廣角鏡頭，每秒拍攝一張圖像，然後通過Wi-Fi傳輸的方式，將圖像傳回天問一號探測器，最終將北極冰蓋、環繞器局部特寫、環繞器與火星合影的畫面呈現在我們眼前。

這兩次“自拍”都是一次性的，但可不只是秀自拍這麼簡單，主要是為了做好火星探測器在軌工作狀態的可視化監測。

環繞器局部特寫

在太空中“自拍”如果使用自拍杆，需要長達15米，顯然是不現實的，不僅資源消耗大，還存在一定安全隱患。

為此，八院火星環繞器工程測量分系統團隊提出了“分離式監測方案”，設計了一套由多個分離測量傳感器組成的監測系統，通過將它們拋離的方式，完成探測器深空“自拍”。

分離測量傳感器是按照監視相機小衛星化理念設計的產品，需要在1kg的總質量內實現鎖定解鎖、分離釋放，分離後自供電、自動拍照、Wi-Fi通訊等功能，研製難度相當大。

設計之初，單機研製團隊就根據任務特點，制定了“鎖得牢、分得開、供得上、拍得好、傳得回”的目標。

在運載火箭級間分離、衛星釋出等環節均使用火工品以實現“鎖得牢、分得開”這一要求，但在空間光電產品中這卻是第一次。團隊採用了火工品拔銷器將分離測量傳感器與整器固連，隨後通過分離開關實現在軌分離動作。

火工品，又稱火具，是裝有火藥或炸藥，受外界刺激後產生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱。

火星北極冰蓋

分離測量傳感器分離後則由傳感器自身攜帶的鋰電池供電，並通過Wi-Fi進行數據傳輸。

不過在外太空用Wi-Fi也沒那麼簡單。為了驗證在高、低溫情況下通訊實際情況，研發團隊多次對產品進行大範圍溫度適應性測試，並對關鍵信號進行測量分析，拿到了實際溫度衝擊變化情況下的電路狀態數據。

隨後，團隊對相關電路進行了多輪迭代改進，並對軟件協議進行不斷地修改完善，最終實現了分離後飄飛過程的穩定Wi-Fi數據輸。

此外，研發團隊在地面模擬了火星軌道的光照條件，開展了不同拍攝角度、不同光照強度、不同拍攝位置的上百次的測試驗證，最終制定了在火星背景下分段式自動曝光的策略，並根據火星在視場中所佔像元數對曝光時間進行調整，確保在火星背景下能夠將火星與環繞器都清晰地拍攝出來。

另外，由於分離測量傳感器不具備姿態調整功能，為了使傳感器能夠按照預定軌跡分離，研製團隊細緻設計分離開關，使分離過程力學條件滿足苛刻的拍照要求，保證了既能夠拍出探測器的近距離特寫，又能夠拍攝出火星大背景下環繞器的狀態，構建出完美畫面。