科普中国-科普融合创作与传播 2021-06-15
出品：科普中国
制作：haibaraemily
监制：中国科学院计算机网络信息中心
2021年5月22日10:40，天问一号着陆后的第7天，我国首个火星车“祝融号”缓缓驶离着陆平台，踏上火星乌托邦平原表面，行驶了0.522米。
着陆平台与火星车分离示意图（上）；祝融号驶离着陆平台之前和之后的场景（下），由火星车的前后避障相机拍摄。
来源：航天科技集团
这短短一小段路程，标志着我国正式成为继美国之后第二个实现火星巡视的国家，也标志着天问一号成为人类首个在一次任务中实现“绕、着、巡”三大目标的火星探测任务。
开胃小菜之后，2021年6月11日，国家航天局公布了祝融号火星车拍摄的一系列“火星大片”，其中不仅有火星车拍摄的着陆平台：
火星车在着陆平台东偏南60°方向约6米距离处拍摄（注意国旗左侧的熊猫和灯笼，那个是2022年北京冬奥会和冬残奥会吉祥物）。来源：CNSA
还有最具里程碑意义的“着巡两器合影”——火星车通过自己车底分离出的相机，拍摄了自己和着陆平台的同框照。再一次，中国航天创造了属于自己的地外星球探索史诗时刻。
火星车行驶至着陆平台南向约10米处，从车底释放分离相机，摆好拍摄位置之后再回到着陆平台旁边。分离相机拍摄的照片先传给火星车，再由火星车传给天问一号环绕器，由环绕器中继传回地球。来源：CNSA
上一次，是2019年1月11日，玉兔二号月球车与嫦娥四号着陆器的两器互拍，月球车的全景相机拍摄了嫦娥四号着陆器，着陆器的地形地貌相机拍摄了月球车。
嫦娥四号着陆器和月球车互拍。来源：中国探月工程
上上一次，是2013年12月15日，玉兔号月球车与嫦娥三号着陆器的两器互拍。
嫦娥三号着陆器和月球车互拍。来源：中国探月工程
相比于曾经的两器互拍，这次的两器合影解锁了新机位，也更加有创意，可以说是越来越会自拍啦～
事实上，玉兔二号月球车至今还在月球上健康工作着，这也意味着我国是当今世界唯一一个同时在两颗地外星球上拥有工作中的巡视器的国家。
中国深空探测史上的新时代，已然开启。
从踏上火星表面的那一刻，祝融号就正式开始了火星巡视探测，而在火星上空飞行的天问一号环绕器，也会在为火星车中继数据之余开展火星遥感探测。
它们会开展哪些科学探测，会有哪些科学发现，是由它们携带的科学探测仪器决定的。
在前几期介绍了天问一号的准备工作、发射和着陆之后，这期将全面介绍一下天问一号和祝融号带了哪些“装备”（科学仪器），以及它们的科学探测目标。
天问一号整体外形。来源：航天科技集团
整体
天问一号总重约5吨，由环绕器和着陆巡视组合体两部分组成，着陆巡视组合体包括着陆平台和火星车祝融号两部分，两者都打包装在气动外罩内。环绕器重约3175千克，着陆器重约1585千克，火星车祝融号重约240千克。
防止有些读者看晕，这里再多说一句：环绕器、着陆平台和火星车，都是天问一号的成员，只是“天问一号的火星车”这个成员自己还另外有个名字叫“祝融号”，就像“嫦娥四号的中继星”另外有个名字叫“鹊桥号”，“嫦娥四号的月球车”另外有个名字叫“玉兔二号”一样。
天问一号的各部分。来源：CNSA
天问一号的气动外罩和着陆平台只负责进入火星大气层、下降和着陆（EDL），没有携带科学仪器。环绕器携带7种科学仪器。火星车携带6种科学仪器 [1, 2]。
天问一号环绕器和火星车的科学载荷。来源： 参考文献 [1, 2]
注意，这里说的都是“科学”仪器，事实上探测器还会携带诸多工程仪器，例如避障相机、监视相机、星敏感器、惯导装置等等。开头火星车驶离着陆平台的照片，就是工程仪器（避障相机）拍摄的。
火星车计划开展约90个火星日的巡视探测，在此期间，环绕器会停留在通讯中继轨道（近火点265公里、远火点12500公里，周期约8.2个小时），为火星车和地球传递信息和数据。
之后，环绕器会降轨至科学探测轨道（近火点265公里、远火点12000公里），计划在这个轨道上对火星全球展开1个火星年（约2个地球年）的近距离遥感探测，同时可以兼顾火星车的数据通讯。
天问一号的任务安排。改编自：参考文献 [3]
环绕器的科学仪器
环绕器共携带了7种科学仪器：① 中分辨率相机（MoRIC）、② 高分辨率相机（HiRIC）、③ 矿物光谱分析仪（MMS）、④ 次表层探测雷达（MOSIR）、⑤ 磁强计（MOMAG）、⑥ 离子与中性粒子分析仪（MINPA）和 ⑦ 能量粒子分析仪（MEPA）。
天问一号环绕器的组成和仪器。来源：WLR2678
中分辨率相机（MoRIC）和 高分辨率相机（HiRIC）
天问一号环绕器共携带了两个光学相机：① 中分辨率相机（优于100米/像素@400千米高度）和 ② 高分辨率相机（局部分辨率优于0.5米/像素@265千米高度），中分辨率相机可以拍摄彩色照片，高分辨率相机可以拍摄全色（黑白）和彩色照片。
天问一号环绕器的中分辨率相机（左）和高分辨率相机（右）
来源：参考文献 [2]
光学相机是诸多深空探测器的标配，我们看到的许多火星美图，都是火星勘测轨道飞行器（MRO）、火星快车、火星全球探勘者号（MGS）等探测器的相机拍摄的。
现有火星探测器光学相机代表。来源：NASA、ESA
天问一号环绕器搭载了两种不同分辨率的相机，这是目前国内外环绕器所常用的配置方式。因为对环绕器来说，拍摄更高清的照片和一次性拍摄更大一片区域难以同时满足：分辨率高的相机视野小，分辨率低的相机视野大。以天问一号为例，环绕器的中分辨率相机一张照片可以拍到400千米宽的区域，而高分辨率相机一张照片只能拍出9千米宽的区域。
天问一号环绕器光学相机参数。来源：参考文献 [1, 2]
通用的解决方法就是探测器同时携带两个不同分辨率的相机一起工作：用中分辨率相机来快速获得大视野内的整体情况，寻找值得进一步仔细探测的区域；用高分辨率相机专注于拍摄某一小块想要重点观测区域的细节。…
