●人類自上世紀(jì)60年代起，開始了對(duì)火星的探索，至今已有超過40枚探測(cè)器到達(dá)火星。

    ●2015年10月28日，美國(guó)宇航局　(NASA)　宣布，火星勘測(cè)軌道飛行器　(MRO)　提供的強(qiáng)有力數(shù)據(jù)表明：火星表面存在著液態(tài)水活動(dòng)的跡象。

    ●“Mars2020”是NASA未來火星探測(cè)計(jì)劃的一部分，旨在為尋找火星過去的生命跡象收集巖石和土壤樣本，由此研究火星表面的地質(zhì)過程和歷史，包括對(duì)火星過去的可居住性、生命存在跡象及火星地層中的生物特征，進(jìn)行可能性評(píng)估。

    ●“Mars2020”火星車延續(xù)了“好奇號(hào)”火星車的裝備，但約60%進(jìn)行了升級(jí)，并將搭載一些不同的科學(xué)研究載荷。

    ●“Mars2020”的登陸器和火星車上共有23個(gè)攝像裝置，其中科學(xué)相機(jī)7臺(tái)、工程相機(jī)9臺(tái)、記錄拍攝探測(cè)器接近火星并下降、著陸情況的相機(jī)7臺(tái)。作為火星車“主眼”的全景攝像頭，具備了變焦功能。

    火星車的“眼睛”20年里增加了4倍

    1997年，美國(guó)宇航局　(NASA)的火星探測(cè)器“探路者號(hào)”在火星登陸時(shí)，一共帶了五個(gè)攝像頭，其中兩個(gè)安裝在著陸器的一根伸出的桅桿上，另外三個(gè)安裝在NASA的第一個(gè)巡視器“索杰納號(hào)”火星車上。

    從那時(shí)到現(xiàn)在，相機(jī)技術(shù)有了巨大突破。由當(dāng)年太空計(jì)劃提升改進(jìn)的圖像傳感器，現(xiàn)在已經(jīng)普遍商業(yè)化———攝像頭的體積越來越小，拍攝質(zhì)量卻越來越高，現(xiàn)在每一部手機(jī)和筆記本電腦上都普遍配備了這樣的攝像頭。

    這些技術(shù)進(jìn)步也反哺到了太空任務(wù)中。美國(guó)宇航局的“Mars2020”任務(wù)，將擁有比以往任何巡視器更多的“眼睛”：總數(shù)多達(dá)23個(gè)，它們分別可以用來創(chuàng)建全景照片、發(fā)現(xiàn)前進(jìn)途中的障礙物、研究火星大氣，還能協(xié)助科學(xué)儀器開展工作。這些“眼睛”將在火星車向火星降落的過程中，提供激動(dòng)人心的全方位視角，并在第一時(shí)間捕捉到降落傘在另一顆行星上緩緩張開的盛況。甚至在火星車的內(nèi)部，也有一個(gè)攝像頭，用于在未來的火星任務(wù)中拍攝火星樣本的收集和研究過程。

    “Mars2020”火星探測(cè)器在建造時(shí)，美國(guó)宇航局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室( JPL)　將這些相機(jī)都設(shè)計(jì)了進(jìn)去。它們體現(xiàn)了自“探路者號(hào)”以來相機(jī)技術(shù)的穩(wěn)步進(jìn)展，繼“探路者號(hào)”任務(wù)之后，“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”火星車都各自帶有10個(gè)攝像頭；而包括安裝在登陸器上的攝像頭在內(nèi)，“好奇號(hào)”火星車上的攝像頭達(dá)到了17個(gè)。

    “隨著相機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，每一次火星探測(cè)任務(wù)都充分吸收了最新技術(shù)，以提高性能、降低成本?！背上窦夹g(shù)專家、“Mars2020”全景攝像頭Mastcam-Z的主要研究者、JPL的賈斯廷·真希說。

    相機(jī)技術(shù)上的這種優(yōu)勢(shì)的建立代表了一個(gè)完整的技術(shù)發(fā)展周期———從NASA到商業(yè)領(lǐng)域，然后再反饋到NASA。在上世紀(jì)80年代，JPL開發(fā)的有源像素傳感器，比以前的數(shù)碼相機(jī)技術(shù)所需要的功率更小。這些傳感器后來由photobit公司實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化(photobit公司是由前JPL研究員埃里克·弗休姆創(chuàng)立的，弗休姆如今在美國(guó)新罕布什爾州的達(dá)特茅斯學(xué)院工作)。

    獲取更多高質(zhì)量的圖片資料

    與“好奇號(hào)”上的相機(jī)設(shè)備相比，“Mars2020”火星探測(cè)器的“主眼”———全景攝像頭Mastcam-Z，將能獲得更生動(dòng)豐富的色彩和三維影像。負(fù)責(zé)這一研究的亞利桑那州立大學(xué)的吉姆·貝爾介紹說：“我們?cè)?好奇號(hào)’高分辨率Mastcam (桅桿式相機(jī))　改進(jìn)版的基礎(chǔ)上，又加入了Z(變焦)的功能。”

    Mastcam-Z的立體攝像頭可以支持建立更多的三維圖像，這對(duì)于勘探較遠(yuǎn)距離的地質(zhì)特征及尋找潛在樣品非常理想，它可以查看差不多一個(gè)足球場(chǎng)大小范圍內(nèi)的地面特征，如土地侵蝕和土壤結(jié)構(gòu)情況等。拍攝記錄下這些細(xì)節(jié)是很重要的，因?yàn)槟强梢越沂驹S多地質(zhì)線索，科學(xué)家可將這些細(xì)節(jié)作為“野外記錄”，與收集到的樣本一起相互參照，進(jìn)行研究。

    “高分辨率三維圖像用途很廣，對(duì)于遠(yuǎn)程或近域的科學(xué)目標(biāo)都很有用。”貝爾說?！坝職馓?hào)”“機(jī)遇號(hào)”和“好奇號(hào)”火星車都設(shè)計(jì)了帶有用于導(dǎo)航和規(guī)避危險(xiǎn)的工程相機(jī)，這些相機(jī)的攝像頭都能產(chǎn)生百萬像素的黑白圖像。

    新一代火星車上的工程攝像頭已經(jīng)升級(jí)，可獲得2000萬像素的高分辨率彩色圖像。另外，這些相機(jī)的鏡頭視角也更廣闊，這對(duì)于“Mars2020”火星車的任務(wù)至關(guān)重要，可以為科研和樣本收集爭(zhēng)取更多的時(shí)間。

    “之前我們要將工程相機(jī)拍攝的多張圖片拼接在一起，但有了更寬視域的相機(jī)之后，只要一次拍攝就能取得與此前多圖拼接的同樣效果。”JPL新工程攝像技術(shù)開發(fā)部門的經(jīng)理科林·麥金尼說。

    這意味著火星車將節(jié)省下在圖片的取景、拍攝和拼接上所花的時(shí)間，另外還能夠減少因運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的圖像模糊，在移動(dòng)過程中也可以正常拍攝。

    在火星與地球之間傳送更多的數(shù)據(jù)

    所有這些技術(shù)升級(jí)都面臨著一個(gè)挑戰(zhàn)：如何在太空中傳送更多的數(shù)據(jù)?！皩?duì)大多數(shù)圖像系統(tǒng)來說，通信信號(hào)傳輸是一個(gè)瓶頸，相機(jī)能夠獲得的數(shù)據(jù)比傳送回地球的數(shù)據(jù)要多得多?！闭嫦Ｕf。

    為解決這個(gè)問題，火星車上的相機(jī)現(xiàn)在變得越來越“聰明”———尤其是在數(shù)據(jù)壓縮方面。

    在“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”上，數(shù)據(jù)壓縮是用機(jī)載計(jì)算機(jī)完成的，而在“好奇號(hào)”上，大部分是用相機(jī)的內(nèi)置電子器件來完成的，它們可處理更多色彩豐富的、包含3D信息的圖像以及高速視頻。

    NASA還通過利用軌道航天器作為數(shù)據(jù)中繼站，將更多數(shù)據(jù)傳回地球。使用數(shù)據(jù)中繼站的想法最早是在美國(guó)宇航局的火星奧德賽軌道飛行器上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，在“奮進(jìn)號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”任務(wù)中都采用了這個(gè)方法。

    “我們之前預(yù)計(jì)每個(gè)火星日里能夠向地球傳送幾十兆的數(shù)據(jù)，但在奧德賽軌道飛行器飛越火星上空時(shí)，每個(gè)火星日可獲得大約100兆的數(shù)據(jù)。太空數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)已進(jìn)入了一個(gè)全新的階段?！必悹栒f。

    NASA計(jì)劃利用火星軌道上現(xiàn)有的航天器———火星勘測(cè)軌道飛行器(MRO)、火星大氣與揮發(fā)物演化項(xiàng)目探測(cè)器　(Maven)　以及歐洲航天局的火星微量氣體探測(cè)器　(TGO)　———作為“Mars2020”任務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸中繼站，將在任務(wù)的頭兩年里，為火星車上相機(jī)系統(tǒng)的工作提供支持。

    (凌宇　編譯)