解密火星星表物質的神秘偵探——火星多光譜相機

  2021515718分,天問一號著陸巡視器成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區,中國首次火星探測任務著陸火星取得圓滿成功。 

  中國航天器首次奔赴火星,就“毫發未損”地順利出現在遙遠的紅色星球上,完成了人類航天史上的一次壯舉,實現了我國首次地外行星著陸。著陸后,“祝融號”火星車成功傳回了遙測信號。 

  幾天前,“祝融號”發了一條朋友圈,震驚世界。今天我們就來詳細聊一聊這條“朋友圈”背后的故事。

圖1:火星巖石

圖2:火星巖石和塵土

 ?。▓D1、圖2為行進路上的火星巖石圖像,由多光譜相機獲取的多個譜段數據合成,圖1中可見火星巖石的紋理特征和火星車車轍,圖2呈現了巖石表面火星塵土的覆蓋情況。)

  “祝融號”火星車裝備了6種探測儀器,包括導航地形相機、多光譜相機等,其中有近一半的載荷為光電載荷,光電載荷作為火星車的眼睛,對火星車的運行、科學探測具有重要的作用。

  中國科學院西安光機所研制的解密火星星表物質的神秘偵探——火星多光譜相機,主要科學目標為獲取火星表面的多光譜圖像信息,通過火星形貌與地質構造特征及其變化、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質組成三項任務在內的火星表面物質類型分布研究,在其他科學儀器的協同作用下,揭開火星地表的神秘面紗。

 多光譜相機實物圖 

  神秘偵探穿著一身金黃外衣,大小差不多是普通鞋盒的一半,安裝在巡視器的桅桿上,距離火星表面1.8米左右。月球與深空探測技術研究室楊建峰團隊經過技術攻關,使多光譜相機自誕生之日起,便煉就了火眼金睛的本領,即使在4億公里外無人照料的茫?;鹦巧?,也可以看清距離自己1.5米到無窮遠范圍內的外星環境,辨別火星星表同一位置在多個不同光譜通道下的環境信息,探測未知的火星環境。 

  相較于探月工程的全景相機,火星多光譜相機在實現對火星表面360°成像的基礎上,還可獲得火星表面可見光、近紅外波段的多光譜圖像,具備識別火星上常見的各類鐵礦,鹽類礦物,粘土礦物的功能。針對上述礦物的特征光譜,多光譜相機設置了8個窄帶濾光片和1個對太陽成像的全色濾光片,可實現多個光譜通道的共焦面成像。同時還設置了6個調焦補償鏡,既可對不同成像距離下的目標進行自動調焦,也可通過地球指控中心送達的調節指令進行調焦,在1.5m到無窮遠范圍內都能拍攝出火星清晰的圖像。 

  火星多光譜相機還配備有在軌定標板,由紅、綠、藍、黃礦物色卡,黑白灰標準板,拋光鋁板以及投影日晷構成,通過對放置在火星車上的標準標定板進行拍照,獲取在軌定標板圖像數據,實現在軌星上定標,獲取更加準確的科學觀測數據,幫助多光譜相機準確判斷火星表面的礦物成分。 

多光譜相機正樣在軌定標板實物圖 

  此外,為了避免火星上雜散光、空氣中懸浮顆粒、晝夜亮度變化、背景環境等因素對相機的影響,研究團隊專門設計了自動/遙控調節曝光、消減雜散光措施、抗灰塵干擾等功能,以便獲取巡視區高分辨率多光譜圖像。 

在“天問一號”對火星開展的后續探測中,多光譜相機將伴隨著“祝融”的腳步,通過獲取火星地表的多光譜圖像,在提供火星表面詳細的地質背景、物質組成以及表面紋理特征等信息,完成火星表面物質類型分布研究的同時,為“祝融”探測路線的規劃及其它科學載荷的探測目標最優化選?。ㄈ?span lang="EN-US">LIBS)提供指導。通過對多光譜相機及其他科學載荷獲取數據的綜合分析,有利于人類更加深入的了解火星表面的地質演化歷史,進一步揭開火星的神秘面紗。 

  天問一號實現了從地月系到行星際的跨越,在火星上首次留下中國人的印跡,這是我國航天事業發展的又一具有里程碑意義的進展。西安光機所將再接再厲,瞄準國家重大需求,繼續小行星探測等航天重大工程,為加快建設航天強國,為探索宇宙奧秘作出新的更大貢獻! (月球與深空探測技術室、所辦  聯合供稿)

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