嫦娥雷射高度計揭秘:比日本儀器看得遠造價低

2020-12-02 中國科學院

這次「國際補白」的背後,是探月團隊走出的一條自主創新路。出人意料的是,這個以中科院上海技術物理所為核心的十多人團隊,平均年齡不足30歲!他們沒有技術權威、沒有先前經驗,憑著親如兄弟般的精誠與團結,將創新資源和能力運用至極限,接連獲得全國「五一勞動獎章」和「青年五四獎章」等個人和集體榮譽。

「探月雷射眼」照遍月球

春節期間,舒嶸研究員又回到他四樓的辦公室加班。他可以望見玉田路研究所大院,也能看見窗臺邊那座五色斑斕的月球儀,上面標著大大小小無數坑:加加林坑、愛因斯坦坑、門捷列夫坑……

「除了張衡、祖衝之、郭守敬等,幾乎沒有近代中國人命名的坑。」你看,在月球的南北極區有許多深藍的坑,這種顏色表示月極是月亮上最深最暗的區域,這裡還存在許多國際探月數據的空白,並正在被中國人的雷射高度計不斷填補。

雷射高度計與雷射測距儀原理類似,從發射一束雷射,到接收目標表面反射回來的雷射,以這段雷射「折返跑」的時間,就能得出兩點間的直線距離。「嫦娥」就是靠這副「探月雷射眼」,來為月球的地形地貌測高和測深,它與衛星所載的CCD相機相配合,能得到更加清晰、精準的全月立體圖像。尤其是在不具備拍攝光照條件的月球極區,更有用武之地。

作為雷射高度計的副主任設計師,舒嶸這個春節心裡還算舒坦。因為「探月雷射眼」開機兩個多月來,至今已隨星圍繞月球轉了720圈以上,差不多把月球覆蓋了兩遍,包括南北極。它幾乎每隔一秒就向月面發射一束雷射,目前「雷射足印」的密度已達每平方公裡0.87個點,收發之間的成功採集率達99%左右。

「說實話,這臺儀器不是沒想過進口,但如今省下的不僅是上千萬元外匯,還成長起一支有能力自主創新的隊伍。」在一次國際學術交流會議上,日本人驚訝地發現中國「嫦娥」上的雷射高度計,竟比他們「月亮女神」衛星上的同類儀器,輕了約4千克,而探測距離遠了一倍,造價更是低得多。

這隻「天眼」很亮,雷射收發頻率和布點密度還在進一步提高,中國人也能用自己的數據製作立體月球儀了。

「中、青、少」互為師生

「70後」的舒嶸雖然是團隊中堅分子,但比起「80後」的核心成員黃庚華來,他已經不算年輕了。記者初見小黃是2006年,這個來自廣西的博士生還沒畢業,就憑藉出色的實驗能力,成為課題組「老成員」,他拿出的博士論文就是雷射高度計這件「硬東西」。如今這位新博士,看上去還是小身材、娃娃臉,但已開始在另一課題中主持工作。在所內業務會上,不少具體數據和技術細節,「大人們」還得問他。

與黃庚華坐在一起開會的「大人」,除了舒嶸,還有他們的所長王建宇研究員。聽上去是「大領導」,但三個人似乎稱兄道弟,一點沒輩分之感。「呵呵,其實我們三個還真是同門師兄弟,我比舒嶸正好"大一圈"。」顯然,王所長也不「老」。同事們戲言:這個團隊很難說「老中青三代」,大概算「中青少三代」吧。

以這三人為代表的團隊氛圍,就是「誰都不是權威」。他們所在的第二研究室,以航空遙感為專業,以往搞的雷射高度計主要用於幾公裡高度的航空遙感,因此嫦娥一號之前,我國雷射高度計還從未進入過太空。「一個雷射高度計大大小小零件上千個,沒有人能教你,沒有東西參照。」於是,從所長到博士生,大家互為師生、一律平等,無論誰碰到了問題,都不遮遮掩掩,全攤在檯面上,頭腦風暴,誰對聽誰。終於,僅僅兩年半不到,從模樣、初樣到正樣,還有備份件,這個班子硬是搞出了5套擁有自主智慧財產權的星載雷射高度計,滿足了我國月球探測的戰略需求。

這兩天,為了完成新的研製任務,舒嶸開始自學起一本《衛星光通信導論》,另一位副主任設計師賈建軍還特意借來複印。看來在這個新課題上同樣沒有權威,只有共勉。

聚焦資源攻克「致命傷」

這隻「探月雷射眼」的成功背後,自然少不了失敗,正是「大團隊」創新資源的聚焦才挽救了它。其中的雷射器部件,由中科院上海光學精密機械研究所擔綱,但在研製後期,地面模擬實驗突然發現,雷射器在真空狀態下性能急劇下降!這簡直就是太空版雷射高度計的「致命傷」,王建宇緊急協調所內從事空間製冷技術的第四研究室加入,一起幫助上海光機所開展試驗論證,兩個月內便拿出技術方案,一解燃眉之急。

在更細處———雷射器核心部件「雷射二極體組件」方面,協作單位中科院半導體所的若干批次產品,也解決不了真空中的器件壽命問題,光機所、技物所人員多次赴京聯合攻關,結果不僅通過壽命考核,還形成了國內首個相關的空間應用研製規範。「從目前上天情況看,雷射高度計各項指標均無衰退跡象,壽命一年應該沒問題!」

「老航天」的傳幫帶同樣少不了。以第二研究室為主的核心團隊虛心求教,請來擁有「風雲系列」衛星等航天工程經驗的第七研究室老專家,從結構、電源到熱設計等環節,進行技術交流和指導,並嚴把每一道評審關,有刺便挑,一一拔除,甚至一些回聘的退休航天人,也連續幾個通宵陪課題組解決疑難。

本月下旬,雷射高度計將隨嫦娥一號經歷一次月食考驗,期間將因陽光遮蔽而斷電兩小時左右,「雷射眼」要經歷20攝氏度到零下20攝氏度的「溫度大跳水」,但團隊信心十足:「地面上更嚴酷的低溫實測,已經經歷多次了,放心!」

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