把小米10 Pro手機發(fā)上天一共分為幾步呢？這或許可以簡單用“把大象塞進冰箱”理論來解釋——第一步把小米綁到衛(wèi)星上，第二步把衛(wèi)星打到天上，第三步把衛(wèi)星數(shù)據(jù)回收回來。

小米集團CEO雷軍在小米10系列發(fā)布會上突然宣布這個消息時讓我們一驚。一家中國的民營手機公司和一家中國的民營航天公司，兩家公司聚在一起突發(fā)奇想，就這樣把一臺“小米10 Pro”手機搞到了離地球表面500公里的太空上。

這臺上天的“小米10 Pro”設計使用時限一年，不間斷拍照回傳是它目前唯一的任務。

有人會問：手機上天，這有什么特殊的意義嗎？

其實確實也沒有什么特別的、真正科研上的意義。但——這也并非完全只是宣傳上的噱頭。

小米中國區(qū)市場部項目負責人黃友亮認為，這件事情就特別像“當年伊隆馬斯克把特斯拉Roadster發(fā)到太空一樣。”

“我們的電話和微信在發(fā)布會后幾乎被轟炸了”，發(fā)布會之后，謝成蔭忙著處理前來問詢的科學家，他是天儀研究院負責該項目的負責人。

他說，“對于普通消費者來說，那些太空、荒漠圖片不過只是高清手機壁紙”，而相較于消費者，那些科學家們顯得更興奮。

比如大氣研究的相關的科學家找他提出了一些需求，他們認為這種照片拍攝的靈活性其實有助于理解臺風。原因是——以往的臺風遙感圖只是一個“天靈蓋”的拍攝角度，但如果有大量在太空的小衛(wèi)星和這種高像素手機攝影頭的話，就能夠從臺風的各個角度去關注它，獲取更精準的三維模型數(shù)據(jù)。

PingWest品玩（公眾號：wepingwest）過去幾天和小米公司、天儀研究院相關負責人聊了聊關于“小米10 Pro”上太空拍照的故事。

“小米10 Pro”上天背后，其實并不只是一個宣傳層面的事情。它是中國民營科技公司和中國民營航天公司的一次太空探險，它背后蘊藏的意義可能有更多。

一部加強版的“小米10 Pro”

按照我們古板的印象里，航天工業(yè)是國之重器。傳統(tǒng)的航天一般都是幾個億起步，是長達五年甚至是十年以上的長遠工程，這種科目是嚴肅莊嚴且沉重的。

現(xiàn)在面前的這臺“小米10 Pro”上天項目僅僅用了五個月。2019年6月提出項目并且立項，11月就由長征四號乙運載火箭發(fā)射上天，一個月之后，首張照片傳回陸地。

當我們真正看到手機在衛(wèi)星上的狀態(tài)時，確實和我們想象的相差甚遠。航天其實對重量有很高的要求——重量增加不只是帶來成本的提升，同時還有風險。所以，衛(wèi)星上所搭載的小米10 Pro并非是一臺完整的手機。

與其說上天的是小米10 Pro，不如說是小米10 Pro的一億像素影像系統(tǒng)。一臺小米10 Pro的重量是208g，而上天的模組重量在100g左右。

“這可以說是一個相對完整的手機模組和相機模組?！敝x成蔭告訴我們。

手機在上天后并不需要屏幕互動。所以小米方面給一億像素做了大量瘦身。首先，4個相機模組只保留了1個一億像素相機模組；同時，手機外殼、電池、觸摸屏等元器件通通被去掉，上天的只有一個手機主板和一億像素相機模組。

如何控制手機拍照？

手機主板和衛(wèi)星大腦之間通訊。衛(wèi)星大腦作為整體的控制單元，小米一億像素系統(tǒng)和衛(wèi)星大腦之間有一個基于Linux操作系統(tǒng)的微型計算機主板來進行信息中繼轉(zhuǎn)達和傳輸。衛(wèi)星大腦控制微型計算機，再由計算機來向手機主板發(fā)射指令，最終完成相關的拍照以及照片的取回。

實際上，衛(wèi)星本身是一個更復雜的系統(tǒng)，在星體上也不只是一個一億像素系統(tǒng)。衛(wèi)星載荷一般采取客戶“拼單”的模式，所以每個系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)都要獨立定制。

那么，它的一億像素模組和我們的消費版還是一樣的嗎？

可以說一樣也可以說不一樣。在天上一億像素系統(tǒng)要對抗跨度更大的溫度，在軌衛(wèi)星將覆蓋到零下30度到零上70度的溫差，對手機主板的可靠性篩選和必要的防護是一項重要工程。

在天儀研究院提供的一張照片里，可以清晰的看到防護模塊，防護模塊經(jīng)過專門定制，同時應該也兼具了散熱的功效。（看上圖）

小米一億像素和主板被安裝在這樣一個防護板上，而防護板直接外掛在衛(wèi)星星體。值得一提的是，一億像素相機模組直接裸露在太空中，并沒有設置任何保護。

小米手機產(chǎn)品部產(chǎn)品經(jīng)理史曉偉提到了更多細節(jié)，比如減震方面和輻射方面的基礎防護。衛(wèi)星發(fā)射的力學環(huán)境很嚴苛，所以衛(wèi)星上一般要使用宇航級的器件，還要充分考慮適配器與運載對接處的減震、衛(wèi)星與適配器對接面的減振、衛(wèi)星主結構與小米之間的隔振。

但一致的是——“拍照性能的部分完全一樣”，史曉偉說。

上天之后？

小米市場部6月提出需求后，雷軍在會上火速拍板，認為“項目特別酷，也很符合米10的調(diào)性”，最重要的是覺得“這件事情做出來也有意義?！?/p>

隨后，一個由手機部硬件、軟件、相機、測試、系統(tǒng)以及結構等部門組成的虛擬項目組成立。據(jù)PingWest品玩了解，整個虛擬項目組連同天儀研究院的人在內(nèi)共計100人左右，巧合的是，其中參與到項目組的小米員工中有1/3也有類似的航天背景（此前讀過航天學校或?qū)I(yè)，或過去公司處于航天行業(yè)）。

歷時168天，小米和天儀研究院基本解決了衛(wèi)星發(fā)射前的一億像素系統(tǒng)包括能源系統(tǒng)、結構減震以及熱控方面的問題。2019年11月3日，搭載小米一億像素相機系統(tǒng)的天儀TY15衛(wèi)星由長征四號乙運載火箭發(fā)射上太空。

項目組很多同事是第一次看火箭發(fā)射，北京到山西輾轉(zhuǎn)小20個小時，但還是要過去看看，“就像看著自己的孩子出生了一樣?！?/p>

黃友亮的心其實是一直懸著的，直到第一張圖片比預計晚了接近一個月才收到。

天儀TY15衛(wèi)星的飛行速度很快，每秒鐘達到千米，需要精準的在軌姿態(tài)控制。比如要拍上海，就需要讓相機的攝像頭在經(jīng)過上海上空時準確的指向拍攝目標。同時，時間的精準度也很重要。

按照計劃，第一張照片應該會在發(fā)射后的一周左右時間收到，但還是出了岔子。

天儀TY15衛(wèi)星除了小米一億像素相機系統(tǒng)，還有很多載荷。衛(wèi)星載荷有點類似于滴滴的“拼單”?！翱赡苁歉鱾€載荷的在軌調(diào)試有一些耽誤?！秉S友亮說，當時所有的數(shù)據(jù)都下不來。

“你也可以理解為軟件上有一些bug。”實際上，這是衛(wèi)星上各家客戶的模塊對衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸出了問題。

數(shù)據(jù)傳輸分為兩方面。小米一億像素相機系統(tǒng)的照片一張大概20MB到40MB，每次在軌任務連續(xù)拍攝數(shù)十張照片，拍攝之后需要將小米相機拍攝的照片傳輸?shù)叫l(wèi)星載荷管理計算機進行保存。

另一方面，照片在衛(wèi)星上拍好了，圖片數(shù)據(jù)從載荷管理計算機傳輸?shù)綌?shù)傳模塊然后到地面測控站和地面數(shù)傳站。

數(shù)傳站的作用很好理解，大鍋天線接收數(shù)據(jù)。而地面測控站的作用就是操作員在地面發(fā)射無線電波告訴天上的衛(wèi)星，什么時候開始拍照，以什么樣的衛(wèi)星姿態(tài)來拍照，什么時候開始將拍好的照片壓縮打包，什么時候以何種姿態(tài)開始下傳數(shù)據(jù)。

但衛(wèi)星通訊并非互聯(lián)網(wǎng)，并不能隨時都可以發(fā)送命令和接收數(shù)據(jù)?！靶l(wèi)星滿地球轉(zhuǎn)，基本上每天大概只有四五次衛(wèi)星過境，每次大概只有15分鐘左右的時間去接收新的指令任務以及下載數(shù)據(jù)?！敝x成蔭說。

數(shù)傳站一秒大概可以接收50Mb的數(shù)據(jù)。在衛(wèi)星過境時，數(shù)傳站的大鍋天線會不停的對準衛(wèi)星，15分鐘最多可以下傳幾個GB的數(shù)據(jù)。

而為了防止手機在太空中因為高能粒子導致手機死機，進而發(fā)熱導致燒壞模塊。這臺一億像素相機系統(tǒng)在太空中被設置為不拍攝的時候讓手機關機，而在需要拍攝的時候再啟動手機。

民營航天的更多可能

直到11月底，傳輸bug解決后，一億像素的圖像數(shù)據(jù)終于通過衛(wèi)星傳輸?shù)搅说孛妗５谝粡堈掌晒α?，但“也有不少拍廢了”。

謝成蔭顯得很興奮，“現(xiàn)在這臺‘小米手機’，已經(jīng)是人類歷史上離地球最遠的消費級手機了。”

實際上，我們也搜索了過去海內(nèi)外發(fā)射攜帶手機的衛(wèi)星的案例：2013年，NASA曾把改造過的Nexus手機發(fā)上太空，離地250公里。他們所處的軌道不同，“衛(wèi)星在那上面的壽命大概就幾天時間”。

還有另外一款手機進過國際軌道空間站，“但空間站對手機提供了如同地球上一樣的舒適環(huán)境，并沒有對手機有嚴苛的要求，且空間站是離地距離400多公里的高度。”

回到開頭的問題：用一億像素相機系統(tǒng)在太空上拍照究竟有什么意義呢？

天儀研究院給我們舉了個例子：2013年2月11日發(fā)射升空的美國Landsat 8對地遙感觀測衛(wèi)星，在經(jīng)過100天測試運行后，開始獲取影像。

相較于專業(yè)的對地成像光學相機，一億像素相機系統(tǒng)能夠拍到的整體的影像跟景致確實完全不一樣。

Landsat 8攜帶的對地成像的光學相機(OLI)有9個光譜段，而小米手機相當于只在可見光光譜段內(nèi)有R、G、B3個光譜段，OLI的單個光譜段的分辨率是30米，幾乎是小米手機對地分辨率(60米)的1倍，但是OLI的覆蓋寬度只有小米手機的1/4。

照片更易理解。Landsat 8拍得是這樣的：

而小米一億像素的圖片是這樣的：

Landsat 8具備儀器級的穩(wěn)定度和精確度，它的色彩豐富程度和分辨率確實是小米手機所不能比的。但Landsat 8的單星造價也達到了數(shù)十億美元。

謝成蔭認為，這就算是個人計算設備和超級計算機一樣。性能上，個人計算永遠無法匹敵超算，但信息時代的開啟卻來自于個人計算機的普及而非超級計算機?！按罅康娜粘３鲂?，甚至包括短期的旅游，我們其實更希望是帶一個小快靈的設備，那就是一個手機?！?/p>

這部上天的一億像素相機系統(tǒng)目前已經(jīng)拍了幾千張照片?！拔覀儾⒉恢竿眯⌒l(wèi)星去取代大衛(wèi)星”，他進一步補充說，“但是如果在應急搜救、科學研究等小快靈的應用上，我還必須要用一個大衛(wèi)星，如同還需要扛著一個單反相機，需要扛著一個超大型計算機，我才能去完成工作。這就有點不合適了?！?/p>

在他看來，這是“小、快、靈”應用在“大、準、穩(wěn)”航天工作上做出的一個變革。

天儀研究院收到了很多科學家的反饋。他們認為圖片的單幅影像的覆蓋范圍達到了大約720*540公里。如果有大量在軌的同類相機，多角度、多分辨率、多模式、高頻次的獲取地球影像，一定會在氣象觀測、環(huán)境預警、海洋科學、冰川極地甚至金融分析等諸多領域，為科學家提供更多的科研手段，助力科學研究。

除去太空拍照，民營航天還有更多的應用案例，比如物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星通訊。天儀研究院CEO楊峰認為，“民營航天未來會是中國航天的重要的組成部分，就和現(xiàn)在汽車行業(yè)、計算機行業(yè)和通信行業(yè)一樣。”

小米也在一篇文章中介紹稱，米粉也給了他們一些反饋，還挺有意思：可不可以開放拍照權限，讓我們自己定位想拍的臺風、火山、戰(zhàn)爭等地球大事件？能不能做太空8K直播？拍一個太空Vlog？能不能讓一萬張1億像素照片合成一個全景地球？畢竟這樣一個“太空航拍機”能不能像當年航拍無人機一樣開啟一個新的市場，我們需要用實踐來檢驗。

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