“玉兔号”即将登月：激光光学设备护航

2013-11-27 08:53

　　★测控数传分系统：保证月球车与地球38.4万公里的通信以及与着陆器之间的通信；

　　★有效载荷分系统：月球车配备的科学探测仪器，包括全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等。

　　光学及激光设备为“玉兔号”保驾护航

　　1、落月靠"3只眼"

　　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。

　　2、月球“照相机”瘦身到5公斤

　　安装在嫦娥三号月球车“腹部”的红外成像光谱仪，就像一只敏锐的眼睛，将仔细察看月面的矿物组成—这可是王建宇的最新成果。它原先搭载在飞机上，“体重”超过100公斤，显然不适合上天。为此，王建宇带领团队绞尽脑汁，将它“瘦身”到5公斤左右，可以稳稳当当地装入一尺见方的盒子内，并采用了一系列创新技术，使它“目光”敏锐。现在，王建宇就期盼着月球车上的红外成像光谱仪能带回合格的图像。