在轨15年，6882204张高清图像，“火星摄影师”是怎么练成的 | 火星探测简史
5月15日7时18分，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。
5月19日，国家航天局发布了祝融号火星探测车在红色星球上拍摄的第一批照片。
2005年8月12日，美国宇航局发射了一个“重器”火星勘测轨道器（Mars Reconnaissance Orbiter，简称MRO）。
MRO发射
2006年3月10日，探测器进入火星绕转轨道，经过5个月的缓慢大气刹车及轨道调整，最终轨道高度为250～316千米，周期为112分钟。
MRO进行测试
其主要工作是对火星进行高分辨率成像，为未来的火星地面任务寻找合适的登陆地点，以及为这些任务提供高速通讯服务，并利用所携带的科学设备对火星的大气、气候进行探测，在极地区域寻找水的痕迹。
火星勘测轨道器同火星奥德赛号、勇气号和机遇号火星漫游车一样，都实现了较长时间的超期服役。
MRO组装
MARSMRO携带的科学仪器及试验设备
MRO携带了超过10套的科学仪器及试验设备，包括3台相机，其中最大的一台是高分辨率成像科学设备，重达65千克，造价4000万美元，其镜头是一台口径0.5米的反射望远镜，传感器是由14枚CCD组成的阵列，分辨率达0.3米，其红外波段单张图像的最大尺寸为20000×126000像素，单张照片容量约为28 GB。
MRO的高度为6.5米，顶部有一个3米的无线电天线。太阳能电池板展开后宽度大约为13.6米，面积为20平方米。
MRO发射时重约2180千克，上面安装有20个大小推力器，推进剂占了一半质量。该探测器由洛克希德·马丁公司研制，有效载荷由喷气推进实验室提供。
MRO太阳电池板
它的科学目标是宇航局火星探测计划的新一步任务——在火星上进一步追踪水，同时深入了解火星气候变化、地质学演化的历史，以及可能暗藏某种生命的潜力。
关键目标有：
（1）描述火星目前的气候以及气候如何因季节和年而变化；
（2）描述火星的全球大气层并监测其天气；
（3）调查火星上复杂的地形并识别与水有关的地貌；
（4）搜索显示水或热液活动的地层或结构证据的位置；
（5）在地表下探测地下分层、水和冰的证据，并剖析极地冰帽的内部结构；
（6）为未来火星任务识别和描述具有最大潜力的站点，包括降落在火星表面，为采样返回地球收集有用的样品；
（7）在火星表面任务期间向地球传递科学信息。
MRO在轨示意图
MRO轨道器携带的科学设备主要有：高分辨率成像科学实验相机（HiRISE）、纹理摄像机（CTX）、火星彩色成像仪（MARCI）、紧凑型勘测成像光谱仪（CRISM）、火星气候听音器（MCS）、浅层地下雷达（SHARAD）、光学导航摄像机、伊莱克特拉通信包、重力场调查包、大气结构调查仪。
MRO高分辨率成像设备镜头
其中高分辨率成像科学实验相机是最重要的设备，它能获得火星表面非常清晰的图像。它曾追踪拍摄了后来发射的多个火星着陆器以及探测器降落后各部件散落情况。
MRO高分辨率成像设备主镜头
MARSMRO的科学任务
MRO是一个大型火星轨道器，部分模仿美国宇航局非常成功的火星全球勘测者号，用于在轨道上拍摄火星，任务周期为两年。
它的主要目标是用高分辨率相机（HiRISE反射望远镜，这是有史以来执行深空探测任务的最大望远镜）绘制火星表面的地图，至少部分任务是为了帮助未来着陆任务的选择降落点。其他任务包括对火星气候、天气、大气和地质的研究。
除了基本的六种仪器外，MRO还携带了光学导航摄像机和伊莱克特拉通信包，为火星表面的其他着陆器和探测器提供导航和通信支持。
HiRISE拍摄的高分辨率图片
在进入最终运行轨道两个月后，它开始执行主要的科学任务。
这时，在火星轨道或表面出现了六个探测器同时研究火星的局面：美国的MRO和火星全球勘察者轨道器、火星奥德赛、勇气号和机遇号漫游车，以及欧洲的火星快车。这也是火星探测史上的奇迹。
MRO拍摄的好奇号漫游车
到2006年12月，MRO上的火星气候听音器，由于视野异常而暂停运行。
其他所有仪器在2006年11月至2008年11月的初级科学探测阶段，都发回了大量不间断和有价值的数据。
HiRISE拍摄的图像的早期发现之一是火星表面在不久前还存在液态二氧化碳或水。
HiRISE拍摄的洞察号着陆器
在从2008年11月到2010年12月的扩展科学任务阶段，MRO面临着许多技术障碍，主要与2009年4次计算机自动重启有关。
从8月26日开始，MRO曾一度进入“休眠模式”。12月8日，工程师们指令MRO脱离“休眠模式”，并慢慢开始使用其科学仪器启动科学探测工作。
MRO拍摄的2008年形成的撞击坑，暴露出冰
MARSMRO发回的海量火星数据
MRO在2010年3月3日取得了一个重要里程碑式的成果：它已经向地球传回了100 TB的科学数据，宇航局说这是“所有其他深空任务数据量总和的三倍多”。
MRO继续发回高质量的观测数据，它的许多活动也开始与其他火星探测器协调进行。
例如，2010年12月，控制人员利用紧凑型勘测成像光谱仪的数据，帮助机遇号漫游车研究奋进号陨石坑地面矿物的分布。
MRO拍摄的火星地貌
MRO新阶段探测任务即拓展任务于2010年12月开始，目标是探索火星上的季节性过程，搜索火星表面变化，并为包括火星科学实验室（MSL）在内的其他火星探测器提供支持。
MRO高清照片
正是在这期间，即2011年3月，MRO实现了绕火星运行五年的第一个目标。
8月晚些时候，宇航局宣布，磁共振成像数据表明，在一年中最温暖的几个月里，水可能确实仍然在火星上流动；磁共振成像图像显示了黑色的手指状特征，即反复出现的斜坡线，它们在春末到夏季的一些斜坡上会出现，但在冬季会消失。
MRO拍摄的斜坡线地貌
2012年3月14日，MRO捕捉到一个20千米高的尘暴在火星北部的亚马逊平原地区盘旋。
在2012年10月，宇航局又启动了MRO的第二次两年拓展任务。
2013年末，MRO将目光转向了伊森彗星（Comet ISON），这是一颗从奥尔特云（Oort Cloud）飞来的彗星，它于9月29日经过火星。
2014年10月19日，斯普林彗星即将飞过火星，宇航局改变了MRO的轨道，以尽量减少彗星脱落物质造成损害的风险。MRO于7月2日和8月27日分别进行了轨道调整。
在这次活动中，MRO在10月19日来自奥尔特云的塞丁泉彗星（Siding Spring）飞越火星时，拍摄到了非常好的彗星景象。
MRO拍摄的塞丁泉彗星
2015年4月11日，MRO第七次进入预防性“休眠模式”，当时出现了从一台主计算机到另一台主计算机的意外切换。不到一周后，MRO又恢复了完全工作能力。
2015年8月，MRO已经在轨工作长达10年，已经绕火星运行4万圈，发回250 TB数据。
宇航局宣布，MRO每周发回的火星探测数据已超过所有其他火星任务的每周数据量的总和。
MRO照片显示远古曾有水流
2015年9月，科学家们在《自然·地球科学》上发表文章，认为MRO成像光谱仪的数据提供了迄今为止最强的证据，即液态水仍然间歇性地在现今的火星上流动。
科学家们后来得出结论，水冰占乌托邦-普朗蒂亚地区地下层的一半或更多。
MRO拍摄的乌托邦平原局部
2016年7月，研究成果发表表明，现代火星上的一些有凹洞、底部有沉积物的沟壑可能不是流动的液态水形成的，而是二氧化碳结冰与消融过程形成的。
这为研究二氧化碳季节性结冰与消融特征的产生提供了新的认识。
MRO高清照片
在长期在轨工作期间，MRO尽可能在拍摄各种火星地貌照片，也拍摄了其他火星探测器的情况。
2015年1月，宇航局宣布，MRO拍摄的高分辨率图像已确定是欧洲小猎犬2号在火星表面的残骸。
MRO的高清相机2014年12月和2015年4月拍摄到了位于盖尔撞击坑的好奇号火星漫游车。
2016年10月，纹理摄像机和HiRISE高清相机拍摄的图像显示出欧空局的斯基帕雷利着陆器撞击火星。
斯基帕雷利着陆器撞上火星
火星勘测轨道器已经在火星轨道上运行了15年。它发回的探测资料足以重塑了我们对这颗红色星球的认识。
MRO研究了火星稀薄大气中的温度，用雷达观察火星地下，探测火星表面的矿物，也许最出名的是拍摄并发回数目惊人的高质量图像。
MRO高清照片
通过以最高分辨率放大表面特征，HiRISE相机的详细彩色图像捕捉到了火星上的戏剧性场景：翻滚的雪崩、飞天的尘暴、冰的季节性蒸发、悬崖的崩塌以及其他景观变化特征。
MRO拍摄的雪崩
MRO甚至还改变方向，把高清相机指向地球，火卫一，拍摄了这些天体的照片。
截至2020年8月初，仅高清相机就拍摄了6882204张图像。
MRO高清相机拍摄的地-月系统照片
自2006年以来的15年，MRO共产生了194 TB的火星数据。这个数据量比其他一些有名的探测器的数据量如火星奥德赛的1012 G，火星全球勘察者的1759 G，卡西尼土星探测器的2550 G，麦哲伦金星探测器的3740 G，高出甚多。
MRO高清照片
MARSMRO的更新和维护
2020年2月17日至2月29日，火星勘测轨道器暂停其科学任务和中继作业，地球控制人员则进行远程维护。
MRO拍摄的雪崩
在任务中断期间，其他轨道器将把好奇号漫游车和洞察号着陆器的数据传回地球。
维护工作包括更新MRO闪存电池，这是在轨道飞行15年之前仅做过两次的罕见操作之一。
除了电池外，控制人员还将利用此机会更新行星位置表。在更新过程中，MRO将进入安全模式。
控制人员还将把计算机从主机切换到备份机（B计算机）并更新操作系统。
这些维护工作能够保证MRO的工作寿命得以延长。
MRO2021年2月拍摄毅力号漫游车
图片主要引自美国国家航天局网站
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作者简介：李成智，北京航空航天大学人文社会科学高等研究院教授、博士生导师。
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