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为了更好地探测火星表面?NASA为“火星2020”探测车放了个大招

原标题:为了更好地探测火星表面?NASA为“火星2020”探测车放了个大招

导语:火星是被认为是最有可能有生命存在的星球,一直以来它都充满着神秘气息,继登上月球之后,人类开始积极探索未知的火星表面,希望通过图像的分析得到一个真实的火星全貌。但由于技术水平的限制,探测器传输回来的图像质量不高,这对进一步分析数据带来了困难,不过NASA科学家近日公开的“火星2020“计划的相关技术升级无疑为人类更好的“欣赏”火星带来了希望。

三年后,当NASA的“火星2020年任务”探测车成功登陆那颗红色星球时,它搭载的相机数量可能会创造新的纪录。这辆无人驾驶的核动力漫游车将会携带23台分辨率更高且3D能力更强的摄像机。这些摄像机还会有比以前任何一代火星探测器都大的带宽,其中有一台装在漫游车实验室内,专门用于监测样本的采集和存储。

图|NASA“火星2020”探测器上的23台摄像机(来源:NASA / JPL-Caltech)

多年以前,在发往月球和其他行星的着陆探测器中,只有很少一部分能有幸搭载摄像机。而且即使装有摄像机,它们拍摄出来的照片在经过计算机重新处理剪辑之前,往往也是模糊和扭曲的。但在这些年间,随着摄像机技术的发展和制造能力的提高,探测器可携带摄像机的数量也随着摄像机尺寸和成本的降低而增加。

第一个功能性的火星着陆探测器是苏联的火星3号,它配备了两台非常普通的摄像机,于1971年降落在火星上,在只行动了20秒,即降落不到两分钟后就失效了。在失去联系前它只来得及传回一张残缺不全的局部图像。

NASA在1976年发射的维京 1号和2号登陆器则使用了一对更复杂的半机械扫描摄像机,它不仅可以拍摄传统相片,还可以拍摄立体图像,但美中不足的是运行速度非常慢。在1997年,NASA的“火星探路者”着陆的时候,它搭载有五个摄像头 - 两个在着陆器的桅杆上,另外三个在火星探路者的迷你漫游车上。与此同时,2004年到达火星的勇气号和机遇号每台有10台摄像机,2012年的“好奇号”漫游车有17台摄像机。

图| 好奇号火星探测器

但“火星2020”不仅仅拥有更多的摄像头,而且它的摄像头比之前任何一代火星探测器所搭载的都要精细而复杂得多。例如,好奇号曾携带了一套分别被称为Navcams和Hazcams的工程相机,分别用于导航和规避危险。但它们都只能拍摄黑白图像,而且只有一百万像素的分辨率。

而这次任务中的摄像机都将是全彩的,分辨率高达2000万像素,还将具有更宽的视野范围。这意味着它们只需要拍摄一次就可以拍出全景,而不用将多次拍摄的较小的图像拼合在一起,如果采用多次拼接的方法就会花费大量时间并且产生运动模糊。

图|3-D打印的Mastcam-Z模型

另一项改进是Mastcam-Z多谱立体成像仪(上图中是它的三维打印模型)取代了好奇号的早先版本Mastcam。 Mastcam-Z现在有一个3:1的立体变焦镜头,所以它可以拍摄比以前更多的3D图像。根据NASA的说法,这将赋予“火星2020”提供三维“现场记录”的能力。这样它就能使样本图像情景化,从而能更好地识别一些有趣的地理特征。

图|将用于监测障碍的Hazcams工程相机

当然还有其他一些改动与升级,如SuperCam远程微型成像仪(RMI),它是迄今为止被发射到火星的具有最高分辨率且全彩的远程成像仪;用于监测漫游车内存放的岩石样本的CacheCam;专门用于记录漫游车着陆过程以及首次在异星打开降落伞的画面的六门降落及着陆摄像机;使用计算机视觉和基于地形导航的新技术来引导着陆的着陆器视觉系统摄像机;以及用于研究火星的云和大气层成分的SkyCam。

NASA强调说,摄像头的更新换代不单单依靠于摄像机技术的增强,NASA正在开发的一种新的高速通信中继器也可以增强这种精细复杂相机的性能。除了漫游车和着陆器内部的数据压缩之外,NASA同时还在使用“火星奥德赛”轨道飞行器,火星勘察轨道飞行器器,MAVEN以及欧洲航天局的跟踪气体轨道探测器作为中继,以更快速地发送大量图像数据。目前,NASA已经在的“火星奥德赛”号飞行器的实验性发射中获得了很有前景的结果。

“2020”任务中Mastcam-Z部分的首席研究员,来自美国亚利桑那州立大学的Jim Bell说:“我们希望在每个火星日内能稳定完成数十兆的图像数据传输任务。当我们的奥德赛飞行器实现第一次飞越时,传输速度竟然达到了每个火星日约100兆比特,就在那时,我们意识到情况已经和以往完全不一样了,我们开启了太空探索的一个新时代。”

图 |“火星2020”探测车结构图

NASA的“火星2020”探测中,高性能的探测器为进一步探索环境恶劣的太空环境提供了技术支持,高性能的摄像机也为我们提供了一双观测火星的“慧眼”,它计划将于2020年7月或8月发射,并将于2021年2月抵达那颗蕴藏着未来希望的红色星球。

这项承载着人类对火星生命和宜居渴望的计划不知将会给人类带来哪些新的惊喜和意外,它的数据和成果将继续推动人类探索宇宙的进程,不妨让我们拭目以待。

——END

编译|褚茗帆

编辑|大浪淘沙

审阅|Soybean

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