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细看嫦娥三号上的“激光眼”

2013-09-21 10:27
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  ——中秋举头望明月,遥想“嫦娥”真落月。嫦娥三号卫星最近运抵“月城”西昌发射场,预计百日之后择机发射,实现中国航天器在地外天体上的首次软着陆。此番无人登月,“嫦娥”要靠自己的“眼睛”认路识途,其中多套探测仪器由中国科学院在沪相关研究所研制,守望落月登月全程。

  嫦娥三号任务是我国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步,是承前启后的关键一步。在“绕月”阶段,中科院上海技术物理所、上海光学精密机械所为嫦娥卫星研制了“激光眼”——激光高度计,为我国首幅全月面三维图提供了高程,相当于地球上的海拔高度。即使在无可见光的月面环境下,激光计也能“拍摄”自如。

  但比起距离月面一两百公里外的绕月,零距离接触的落月对激光测距精度和速度提出了极高要求。在我国探月初期,嫦娥卫星对月发射一束激光,在月面形成的“激光足印”约有120米方圆范围,而嫦娥三号激光测距的“足印”将小到米级,测量精度进一步提高,可实时监测嫦娥三号着陆器距离月面的高度。

  除了这束“大激光”,“嫦娥”还有一道灵敏度极高的“小激光”。当“嫦娥”向月面释放着陆器,着陆器将在接近月面时,通过激光三维成像,进一步“观察地形”,获取正下方图像。如下方不适合降落,它就马上换一块地方,确保着陆点相对更为平坦。这种接近“现场直播”的实时成像需在数秒内完成,为此中科院上海技物所研制的三维成像系统采用了多源激光并扫、实时成像方法,这种实测方式是在着陆月球时首次应用。

  两只“激光眼”之外,“嫦娥”另有一只“红外眼”——红外成像光谱仪。这台仪器置于俗称“月球车”的月面巡视器上,当巡视器从着陆器中驶出,便开启这一关键探测设备。这只“眼睛”不但能在可见光范围获得上百个光学波段的图像,还能用来探索可见光之外的“光”,捕捉月球物质资源放出的红外线光谱。因为每种物质都有其独特的“红外图谱”,红外成像光谱仪以极高的光谱分辨率“拍摄”月表物质,并能通过计算机直接将物质分门别类。

  对于登月任务以及其后实施的返回任务,卫星发射重量越轻越好,因此“嫦娥”严格控制体重。相关项目负责人上海技物所研究员王建宇透露,此次星载的红外成像光谱仪只有5公斤多,是“嫦娥”3只眼中最轻的,而机载的同类光谱仪重量可达百公斤。今后,这种超轻型成像光谱仪器还能用于火星、小行星等更遥远的深空探测任务。

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