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“玉兔号”即将登月:激光光学设备护航

  ★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。

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