細看嫦娥三號上的「雷射眼」

2020-12-05 OFweek維科網

  ——中秋舉頭望明月,遙想「嫦娥」真落月。嫦娥三號衛星最近運抵「月城」西昌發射場,預計百日之後擇機發射,實現中國太空飛行器在地外天體上的首次軟著陸。此番無人登月,「嫦娥」要靠自己的「眼睛」認路識途,其中多套探測儀器由中國科學院在滬相關研究所研製,守望落月登月全程。

  嫦娥三號任務是我國探月工程「繞、落、回」三步走中的第二步,是承前啟後的關鍵一步。在「繞月」階段,中科院上海技術物理所、上海光學精密機械所為嫦娥衛星研製了「雷射眼」——雷射高度計,為我國首幅全月面三維圖提供了高程,相當於地球上的海拔高度。即使在無可見光的月面環境下,雷射計也能「拍攝」自如。

  但比起距離月面一兩百公裡外的繞月,零距離接觸的落月對雷射測距精度和速度提出了極高要求。在我國探月初期,嫦娥衛星對月發射一束雷射,在月面形成的「雷射足印」約有120米方圓範圍,而嫦娥三號雷射測距的「足印」將小到米級,測量精度進一步提高,可實時監測嫦娥三號著陸器距離月面的高度。

  除了這束「大雷射」,「嫦娥」還有一道靈敏度極高的「小雷射」。當「嫦娥」向月面釋放著陸器,著陸器將在接近月面時,通過雷射三維成像,進一步「觀察地形」,獲取正下方圖像。如下方不適合降落,它就馬上換一塊地方,確保著陸點相對更為平坦。這種接近「現場直播」的實時成像需在數秒內完成,為此中科院上海技物所研製的三維成像系統採用了多源雷射並掃、實時成像方法,這種實測方式是在著陸月球時首次應用。

  兩隻「雷射眼」之外,「嫦娥」另有一隻「紅外眼」——紅外成像光譜儀。這臺儀器置於俗稱「月球車」的月面巡視器上,當巡視器從著陸器中駛出,便開啟這一關鍵探測設備。這隻「眼睛」不但能在可見光範圍獲得上百個光學波段的圖像,還能用來探索可見光之外的「光」,捕捉月球物質資源放出的紅外線光譜。因為每種物質都有其獨特的「紅外圖譜」,紅外成像光譜儀以極高的光譜解析度「拍攝」月表物質,並能通過計算機直接將物質分門別類。

  對於登月任務以及其後實施的返回任務,衛星發射重量越輕越好,因此「嫦娥」嚴格控制體重。相關項目負責人上海技物所研究員王建宇透露,此次星載的紅外成像光譜儀只有5公斤多,是「嫦娥」3隻眼中最輕的,而機載的同類光譜儀重量可達百公斤。今後,這種超輕型成像光譜儀器還能用於火星、小行星等更遙遠的深空探測任務。

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