月壤正由嫦娥五號送往地球,出自上海的這些載荷為「挖土」提供了...

2020-12-08 騰訊網

解放日報 上觀新聞報導：經過約19小時月面採樣，嫦娥五號順利完成月球「挖土」。此刻，月壤樣本正由嫦娥五號送往地球的路上。在這背後，中科院上海技物所研製的月球礦物光譜分析儀，以及雷射測距測速敏感器和雷射三維成像敏感器表現出色。

「兩臺雷射敏感器相當於汽車的避障雷達，是嫦娥五號的『開路先鋒』，月球礦物光譜分析儀則是汽車上的乘客，不僅獲得了採樣區的光譜圖像和紅外信息，還採集到了月面原生態環境下的光譜數據。」上海技物所副所長、月球與深空探測系列載荷指揮舒嶸說。

[即使發生0.1米/秒的變化，也能把它分辨出來]

12月1日23時11分，嫦娥五號成功自主軟著陸於月球正面風暴洋呂姆克山脈以北地區。

「嫦娥五號開始執行任務的那一刻起，我們就得到了著陸器跟月球之間的距離信息。」舒嶸介紹，距離信息是一個核心參數，這對於嫦娥五號的自主控制來說是非常關鍵的。上海技物所的兩臺雷射敏感器，實現了從遠距離測量到20公裡的降落距離測量，再到2.4公裡的速度測量，最後到100米的避障懸停，實現了漂亮連貫的接力動作。

據介紹，在嫦娥三號和嫦娥四號時，已經實現了雷射測距和雷射三維成像，但嫦娥五號需要攜帶更多載荷，因此對雷射器重量的要求比較苛刻。「對有繼承性的儀器，我們主要做的是『減重』和提高可靠性，與嫦娥三號和嫦娥四號同類產品相比，嫦娥五號的雷射測距敏感器和三維成像敏感器減重30%，但卻新增了雷射測速的功能。」嫦娥五號雷射測速敏感器/雷射三維成像敏感器主任設計師、上海技物所研究員徐衛明說。

科研人員正在調試相關載荷

坑坑窪窪的月球表面有點像戈壁灘，嫦娥五號在降落過程中還需克服發動機的微震動，這些因素都會引起信號的衰減，給測速帶來了不小的難題。上海技物所研製的雷射測距測速敏感器不僅「不辱使命」，還實現了國際上第一次在地外行星軟著陸時，使用雷射都卜勒測速技術進行三個正交方向的速度測量。「這一測速精度達到0.1米/秒，我們只用了6千克的重量資源就完成了三個方向的速度測量。也就是說，著陸器的速度即使發生了0.1米/秒的變化，測速敏感器也能把它分辨出來。測速精度越高，落月也就更穩。」

據介紹，嫦娥五號在懸停避障階段，雷射三維成像敏感器開機工作，成功獲取雷射點雲圖像，順利完成障礙物識別，快速平移6米後安全著陸。

[有了光譜信息，就能初步判斷月壤的成分]

12月2日5時06分，上海技物所研製的月球礦物光譜分析儀順利開機，對月球「挖土」區進行了光譜成像和紅外光譜探測。

月球礦物光譜分析儀

「嫦娥三號和嫦娥四號的月球車攜帶過紅外成像光譜儀，其紅外光譜探測範圍到2.4微米，而嫦娥五號的月球礦物光譜分析儀，光譜範圍拓展到了3.2微米，從而具備了探測水化合物的能力。」嫦娥五號月球礦物光譜分析儀主任設計師、上海技物所研究員何志平說，紅外成像光譜儀不具備自主選擇目標進行探測的能力，只能依靠月球車去調整姿態，而月球礦物光譜分析儀通過集成一個可轉動搖擺的光學反射鏡，如果看到感興趣的目標，比如礦石，就可指向它，有針對性地進行探測。

何志平介紹，月球礦物光譜分析儀獲得的科學數據還可以結合未來實驗室對於月面樣品的測試分析，對月球進行深入研究。「由於長期沒有人類活動，嫦娥五號落月區的月面一直是原生態的，對採樣前後的光譜和圖像信息進行比較，這有利於月球演化的科學研究。」

嫦娥五號的採樣點與美國、蘇聯選擇的不一樣，它的月面物質更年輕。月球礦物光譜分析儀獲得光譜信息後，科學家就能初步判斷月壤的成分。「這就像是野外勘探，如果有了光譜信息，採樣時也就有了可選擇的參考。」何志平說。

嫦娥五號已將採集的月球樣品「打包」，正在「快遞」回地球的路上，讓我們一起拭目以待。

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    採樣和封裝過程中，科技人員在地面實驗室根據探測器傳回數據，仿真採樣區地理模型並全程模擬採樣，為採樣決策和各環節操作提供了重要依據。著陸器配置的月壤結構探測儀等有效載荷正常工作，按計劃開展科學探測，並給予採樣信息支持。
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  • 上海科研助嫦娥「挖土」心中有數
    經過約19小時月面採樣，嫦娥五號順利完成月球「挖土」。此刻，月壤樣本正由嫦娥五號送往地球。在這背後，中科院上海技物所研製的月球礦物光譜分析儀、雷射測距測速敏感器和雷射三維成像敏感器表現出色，也離不開同濟大學航天測繪遙感與深空探測研究團隊的貢獻。
  • 嫦娥五號落月挖土
    據介紹，嫦娥五號在月面自動採樣的任務採用表鑽結合、多點採樣的方式，設計了鑽具鑽取、機械臂表取兩種「挖土」模式。首先完成的是鑽具鑽取——北京時間12月2日4時53分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鑽取採樣及封裝；之後將按計劃進行表取採樣。
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    為了「選得準、落得穩」，嫦娥五號採用了「三姐」和「四姐」上應用的「粗精接力避障」方式。著陸上升組合體在飛到距離月面100米時會懸停一下，由中科院上海技術物理研究所、上海光學精密機械研究所研製的雷射三維成像敏感器利用高重頻、窄寬脈衝雷射，瞬時對月面實施高精度三維成像，為選擇精確的著陸點提供依據。
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    在採樣和封裝的過程中，科技人員在地面實驗室根據探測器傳回的數據，對採樣區地理模型進行仿真並全程模擬採樣，為採樣決策和各環節操作提供了重要依據。國家航天局表示，嫦娥五號著陸器配置的月壤結構探測儀等有效載荷均正常工作，按計劃開展科學探測，並給予採樣信息支持。
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