把小米10 Pro手機(jī)發(fā)上天一共分為幾步呢？這或許可以簡單用“把大象塞進(jìn)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(tuán)CEO雷軍在小米10系列發(fā)布會(huì)上突然宣布這個(gè)消息時(shí)讓我們一驚。一家中國的民營手機(jī)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(tái)“小米10 Pro”手機(jī)搞到了離地球表面500公里的太空上。

這臺(tái)上天的“小米10 Pro”設(shè)計(jì)使用時(shí)限一年，不間斷拍照回傳是它目前唯一的任務(wù)。

有人會(huì)問：手機(jī)上天，這有什么特殊的意義嗎？

其實(shí)確實(shí)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(xiàng)目負(fù)責(zé)人黃友亮認(rèn)為，這件事情就特別像“當(dāng)年伊隆馬斯克把特斯拉Roadster發(fā)到太空一樣?！?/p>

“我們的電話和微信在發(fā)布會(huì)后幾乎被轟炸了”，發(fā)布會(huì)之后，謝成蔭忙著處理前來問詢的科學(xué)家，他是天儀研究院負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。

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

比如大氣研究的相關(guān)的科學(xué)家找他提出了一些需求，他們認(rèn)為這種照片拍攝的靈活性其實(shí)有助于理解臺(tái)風(fēng)。原因是——以往的臺(tái)風(fēng)遙感圖只是一個(gè)“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(jī)攝影頭的話，就能夠從臺(tái)風(fēng)的各個(gè)角度去關(guān)注它，獲取更精準(zhǔn)的三維模型數(shù)據(jù)。

PingWest品玩（公眾號(hào)：wepingwest）過去幾天和小米公司、天儀研究院相關(guān)負(fù)責(zé)人聊了聊關(guān)于“小米10 Pro”上太空拍照的故事。

“小米10 Pro”上天背后，其實(shí)并不只是一個(gè)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(xiǎn)，它背后蘊(yùn)藏的意義可能有更多。

一部加強(qiáng)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(gè)億起步，是長達(dá)五年甚至是十年以上的長遠(yuǎn)工程，這種科目是嚴(yán)肅莊嚴(yán)且沉重的。

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

當(dāng)我們真正看到手機(jī)在衛(wèi)星上的狀態(tài)時(shí)，確實(shí)和我們想象的相差甚遠(yuǎn)。航天其實(shí)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(shí)還有風(fēng)險(xiǎn)。所以，衛(wèi)星上所搭載的小米10 Pro并非是一臺(tái)完整的手機(jī)。

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(tái)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(gè)相對完整的手機(jī)模組和相機(jī)模組?！敝x成蔭告訴我們。

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

如何控制手機(jī)拍照？

手機(jī)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(gè)基于Linux操作系統(tǒng)的微型計(jì)算機(jī)主板來進(jìn)行信息中繼轉(zhuǎn)達(dá)和傳輸。衛(wèi)星大腦控制微型計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)來向手機(jī)主板發(fā)射指令，最終完成相關(guān)的拍照以及照片的取回。

實(shí)際上，衛(wèi)星本身是一個(gè)更復(fù)雜的系統(tǒng)，在星體上也不只是一個(gè)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(gè)系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)都要獨(dú)立定制。

那么，它的一億像素模組和我們的消費(fèi)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(jī)主板的可靠性篩選和必要的防護(hù)是一項(xiàng)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(hù)模塊，防護(hù)模塊經(jīng)過專門定制，同時(shí)應(yīng)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(gè)防護(hù)板上，而防護(hù)板直接外掛在衛(wèi)星星體。值得一提的是，一億像素相機(jī)模組直接裸露在太空中，并沒有設(shè)置任何保護(hù)。

小米手機(jī)產(chǎn)品部產(chǎn)品經(jīng)理史曉偉提到了更多細(xì)節(jié)，比如減震方面和輻射方面的基礎(chǔ)防護(hù)。衛(wèi)星發(fā)射的力學(xué)環(huán)境很嚴(yán)苛，所以衛(wèi)星上一般要使用宇航級(jí)的器件，還要充分考慮適配器與運(yùn)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(jié)構(gòu)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(huì)上火速拍板，認(rèn)為“項(xiàng)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(gè)由手機(jī)部硬件、軟件、相機(jī)、測試、系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)等部門組成的虛擬項(xiàng)目組成立。據(jù)PingWest品玩了解，整個(gè)虛擬項(xiàng)目組連同天儀研究院的人在內(nèi)共計(jì)100人左右，巧合的是，其中參與到項(xiàng)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(xué)?；?qū)I(yè)，或過去公司處于航天行業(yè)）。

歷時(shí)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(jié)構(gòu)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(jī)系統(tǒng)的天儀TY15衛(wèi)星由長征四號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射上太空。

項(xiàng)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(gè)小時(shí)，但還是要過去看看，“就像看著自己的孩子出生了一樣。”

黃友亮的心其實(shí)是一直懸著的，直到第一張圖片比預(yù)計(jì)晚了接近一個(gè)月才收到。

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

按照計(jì)劃，第一張照片應(yīng)該會(huì)在發(fā)射后的一周左右時(shí)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(jī)系統(tǒng)，還有很多載荷。衛(wèi)星載荷有點(diǎn)類似于滴滴的“拼單”?！翱赡苁歉鱾€(gè)載荷的在軌調(diào)試有一些耽誤?！秉S友亮說，當(dāng)時(shí)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?！睂?shí)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(jī)系統(tǒng)的照片一張大概20MB到40MB，每次在軌任務(wù)連續(xù)拍攝數(shù)十張照片，拍攝之后需要將小米相機(jī)拍攝的照片傳輸?shù)叫l(wèi)星載荷管理計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jì)算機(jī)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(shí)候開始拍照，以什么樣的衛(wèi)星姿態(tài)來拍照，什么時(shí)候開始將拍好的照片壓縮打包，什么時(shí)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(shí)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(shí)間去接收新的指令任務(wù)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(shí)，數(shù)傳站的大鍋天線會(huì)不停的對準(zhǔn)衛(wèi)星，15分鐘最多可以下傳幾個(gè)GB的數(shù)據(jù)。

而為了防止手機(jī)在太空中因?yàn)楦吣芰Ｗ訉?dǎo)致手機(jī)死機(jī)，進(jìn)而發(fā)熱導(dǎo)致燒壞模塊。這臺(tái)一億像素相機(jī)系統(tǒng)在太空中被設(shè)置為不拍攝的時(shí)候讓手機(jī)關(guān)機(jī)，而在需要拍攝的時(shí)候再啟動(dòng)手機(jī)。

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(tái)‘小米手機(jī)’，已經(jīng)是人類歷史上離地球最遠(yuǎn)的消費(fèi)級(jí)手機(jī)了。”

實(shí)際上，我們也搜索了過去海內(nèi)外發(fā)射攜帶手機(jī)的衛(wèi)星的案例：2013年，NASA曾把改造過的Nexus手機(jī)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(shí)間”。

還有另外一款手機(jī)進(jìn)過國際軌道空間站，“但空間站對手機(jī)提供了如同地球上一樣的舒適環(huán)境，并沒有對手機(jī)有嚴(yán)苛的要求，且空間站是離地距離400多公里的高度?！?/p>

回到開頭的問題：用一億像素相機(jī)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(gè)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(yùn)行后，開始獲取影像。

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

Landsat 8攜帶的對地成像的光學(xué)相機(jī)(OLI)有9個(gè)光譜段，而小米手機(jī)相當(dāng)于只在可見光光譜段內(nèi)有R、G、B3個(gè)光譜段，OLI的單個(gè)光譜段的分辨率是30米，幾乎是小米手機(jī)對地分辨率(60米)的1倍，但是OLI的覆蓋寬度只有小米手機(jī)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(jí)的穩(wěn)定度和精確度，它的色彩豐富程度和分辨率確實(shí)是小米手機(jī)所不能比的。但Landsat 8的單星造價(jià)也達(dá)到了數(shù)十億美元。

謝成蔭認(rèn)為，這就算是個(gè)人計(jì)算設(shè)備和超級(jí)計(jì)算機(jī)一樣。性能上，個(gè)人計(jì)算永遠(yuǎn)無法匹敵超算，但信息時(shí)代的開啟卻來自于個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及而非超級(jí)計(jì)算機(jī)。“大量的日常出行，甚至包括短期的旅游，我們其實(shí)更希望是帶一個(gè)小快靈的設(shè)備，那就是一個(gè)手機(jī)?！?/p>

這部上天的一億像素相機(jī)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(jìn)一步補(bǔ)充說，“但是如果在應(yīng)急搜救、科學(xué)研究等小快靈的應(yīng)用上，我還必須要用一個(gè)大衛(wèi)星，如同還需要扛著一個(gè)單反相機(jī)，需要扛著一個(gè)超大型計(jì)算機(jī)，我才能去完成工作。這就有點(diǎn)不合適了?！?/p>

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

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

除去太空拍照，民營航天還有更多的應(yīng)用案例，比如物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星通訊。天儀研究院CEO楊峰認(rèn)為，“民營航天未來會(huì)是中國航天的重要的組成部分，就和現(xiàn)在汽車行業(yè)、計(jì)算機(jī)行業(yè)和通信行業(yè)一樣?！?/p>

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(quán)限，讓我們自己定位想拍的臺(tái)風(fēng)、火山、戰(zhàn)爭等地球大事件？能不能做太空8K直播？拍一個(gè)太空Vlog？能不能讓一萬張1億像素照片合成一個(gè)全景地球？畢竟這樣一個(gè)“太空航拍機(jī)”能不能像當(dāng)年航拍無人機(jī)一樣開啟一個(gè)新的市場，我們需要用實(shí)踐來檢驗(yàn)。

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