昨天23时45分,嫦娥三号着陆器和巡视器“玉兔”互拍的照片并肩呈现在北京航天飞控中心的大屏幕上,标志着嫦娥三号任务的圆满完成。巡视器的“靓照”上,五星红旗色彩鲜艳,这是中国国旗第一次在地球之外的天体上亮相。
10米走了一个多小时
昨天下午,两器互拍的准备工作有条不紊地展开。15时04分,“玉兔”进入佳木斯深空测控弧段,地面根据监测数据决定互拍时间。确定时间之后,即发出指令让“玉兔”从停留的地点向10米外的A点拍照,传到地面。科技人员根据照片上的信息,为“玉兔”设计了一条走到A点的好路线。
18时28分,“玉兔”从停留地点向A点进发。虽然这段路只有短短10米,但在布满月尘的月球表面,“玉兔”却走得格外小心,花了一个多小时,直到20时才到达A点指定位置。
两器互拍,是嫦娥三号任务圆满完成的最后一个关键节点。着陆器和巡视器为什么需要互拍?专家解释,如果没有另外一个相机,着陆器和巡视器都看不到自己的状态,假如只在自己身上装相机,也看不到全景。另外,探测器抵达月球,科研人员非常希望了解月球的环境,如着陆器降落时,月尘会不会落到太阳帆板和相机上,会不会因此影响太阳能帆板发电的效率、增加转动机构的阻力?这些问题,如果有互拍,就可以更加清晰地观测和研究。
专家曾担心互拍效果
在未成功之时,再周密的计划也还是让人捏一把汗。人们对两器互拍的效果颇为担心。
从着陆器此前拍摄的“玉兔”及周边环境的照片上看,不远处就有一个看上去不太浅的坑,还有些石块,这对它的行动会不会有影响?对这一点,专家请大家吃了一粒定心丸。他们其实不希望看到过于平坦的月面,那样的话,虽然“玉兔”走起来比较容易,但对科研来说,就少了很多信息。专家们希望看到石头和撞击坑,以便从中作出综合分析。
专家担心的是,着陆器上的地形地貌相机和巡视器“玉兔”上的全景相机这次拍的都是彩色照片,比黑白照片在传输的数据量上增加了4倍,传输通道会不会像前天晚上那么畅通?五星红旗对相机也是个挑战,相机能不能还原色彩?另外,在月球表面那样的光线条件下,全景相机能不能圆满完成拍摄任务?拍摄时的月球表面温度超过100℃,全景相机能否经得住高温的考验?
好的是,从着陆器此前拍摄的照片来看,图像清晰,和地面上400万像素拍出的照片效果非常接近,这已超出专家预期。
“玉兔”有6只“眼睛”
“玉兔”身上的相机可不光是为了互拍,这是它在月球上行走的“眼睛”。“玉兔”一共有6只“眼睛”,保证其正常行走。这6只“眼睛”是两个全景相机、两个导航相机和两个避障相机,共同组成了“玉兔”的视觉定位系统。
视觉定位技术是利用相机照片确定自身定位的技术。在嫦娥一号和二号中,使用的是无线电定位系统。到了嫦娥三号任务,无线电定位系统存在一些劣势,一是精度不够,二是解决不了非核定目标的相对位置关系。
视觉定位系统中,全景相机辅助选定探测点,可拍摄巡视器周围100米左右环境的高分辨率照片,地面可根据照片规划全局。
导航相机主要负责引导巡视器的行进,拍摄范围在10米左右,将周围环境拍成图片后传回北京飞控中心,由中心制成三维地图来确定行进路线。它和全景相机都安装在巡视器的顶部。安装在顶部,也有避免月尘侵袭的考虑。
避障相机安装在巡视器下部,关心的是巡视器的脚下。它将巡视器前非常近的地面情况拍照后,传给巡视器自己的计算机,由它自主分析面前的地面情况,控制前进。
以60°为间隔绕拍
嫦娥三号探测器副总设计师贾阳说,科研人员的重要任务是按照阳光照射的方向,给两器互拍划定路线。
“我们考虑是在10米那个位置来互拍,如果阳光是上午从东南那个方向来的话,‘玉兔’就走右半圈,如果是下午分离,就走左半圈偏西边。目的就是着陆器对着光,否则就像在拍剪影。”贾阳说。
由于着陆器不能移动,巡视器只能通过自身的移动,来保证着陆器脸上始终有阳光。这个过程基本是让“玉兔”绕行着陆器半圈,从五个点拍出来着陆器的背影侧影,最后是一张正面的图片。
拍照的第一个点A点位于着陆器正北方10米处,巡视器回眸一望,拍下着陆器监视它的背影,而它的这次回头,也会被着陆器拍下。这就是昨晚看到的两器互拍的照片。
随后,巡视器在太阳光线的指引下,以60°为一次间隔,依次到达位于着陆器的后侧方、侧方以及正前方,记录不同角度的珍贵影像。最后,巡视器终于来到着陆器的正前方,记录下彼此微笑的画面。这时,巡视器就能拍到着陆器正面的五星红旗。
照片颜色正成像清晰
昨晚,北京航天飞控中心大厅内,气氛紧张有序。指令员有条不紊地向各个台站传送命令、通报状态。
当大屏幕上的时间显示为23时41分时,一道指令传出:“第一次相机拍照图像下传。”
23时42分,“第二次相机拍照图像下传。”
此时,所有关注这一历史时刻的人都充满期待。在大屏幕上,还是只能看到“玉兔”形单影只的身影。
终于,一道令人振奋的指令响起:“相机原始图像数据已开始下传,请注意接收。”这意味着,很快就能看到照片了。
“图像处理结果已向北京发出。”这道指令表明,照片已经解码。着陆器和巡视器传回的照片是一组数据,需要国家天文台解码后才能转成照片。
23时45分,人们期待已久的图像出现在大屏幕上,着陆器和巡视器的照片同时展现在人们面前。大厅内,掌声响起。
23时47分,探月工程总指挥马兴瑞宣布,嫦娥三号任务取得圆满成功。
专家点评,着陆器的地形地貌相机拍摄的巡视器照片上,五星红旗的颜色很正,巡视器的开关、桅杆和行走痕迹都非常清晰;巡视器全景相机拍摄的着陆器照片同样颜色很正,图像清晰,拼接很好——看上去虽然只是一幅图,但由于着陆器较大,全景相机需要拍摄6张照片才能拍出它的全貌,这幅完整的图是由国家天文台用软件拼接而成。也就是说,“玉兔”在A点一共拍摄了6张照片。
未来几天,在从事科学探测的同时,“玉兔”还将绕着陆器继续行驶,从不同角度与着陆器多次互拍。