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“嫦娥三号”与“玉兔”互拍:激光是背后功臣

2013-12-20 14:35
蓝林笑生
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  激光技术自从问世以来,在各个领域发挥了重要的作用,特别是对太空领域,激光技术的应用价值越来越得到重视,随着我国激光雷达技术的不断突破,激光雷达设备为我国航空领域做出了重要的贡献,例如近日的嫦娥三号项目,激光设备成功地保证了其顺利。

  据报道,嫦娥落月,月兔出舱,两两互拍。嫦娥三号任务的成功实现,让国人为之欢呼。记者从上海技物所了解到,此次嫦娥和玉兔的身上,有着不可替代的“三宝”———激光三维成像敏感器、激光测距敏感器和红外成像光谱仪,它们全部是由上海科技人员首次研发完成,前面两者保证了嫦娥落月的稳定性,而后者则将在未来承担分析月球物质的重要功能。

  测距敏感器如倒车雷达

  开过车的市民都知道,只要装了“倒车雷达”,那心里就有数了不少。屏幕上的数字不断变小,就意味着自己离障碍物的距离又近了几分。

  嫦娥落月的过程中,怎么让“三姑娘”也做到不慌不忙,不会因为过快的速度撞上月球,激光测距敏感器可谓“头号功臣”。根据上海技术物理所中科院空间主动光电技术重点实验室黄庚华博士介绍,激光测距敏感器在着陆前30分钟就开机工作,通过激光波束来反复测量“三姑娘”与地面的距离,从而可以调整其降落在月面的速度。此前,该技术也曾在“三姑娘”的姐姐———嫦娥一号上使用,但此次激光测距敏感器在当时激光高度计的技术基础上,将激光测量精度进一步提高至0.2米,使其能更“温柔”地降落在月面之上。

  “刚开机时,还有些惊险,一度没有数据传回。”黄庚华坦称,这是由于当时嫦娥三号正处于轨道调整中,测距敏感器并未对准地面,好在随着其翻过身来,数据开始源源不断地出现在指挥中心,技术人员心中的一块大石这才落地。

  据了解,考虑到“三姑娘”落地时发动机的喷焰可能会激起月尘,从而遮住了激光测距的“眼睛”,为此嫦娥三号还特意配备了伽马高度计,可谓是双保险。

  三维成像选合适登陆点

  恐怕很少有市民观测到,当嫦娥三号成功落月传回后的照片里,就在“三姑娘”面前的不远处,就有一个大坑。

  “三姑娘”是怎么避开这个坑的?靠的可不是运气,而是其另外一个法宝———激光三维成像敏感器。

  “月球表面,并没有人们想象中那么平坦,布满了一个个陨石坑以及大大小小的石头。”上海技物所舒嵘研究员表示,不让“三姑娘”栽跟头和“崴脚”,就是技物所必须攻克的难题。

  如何才能躲避障碍物,为安全软着陆选择合适地点?科研人员创造性地开发出了一套三维图像的获取方式。根据上级部门的要求,在嫦娥三号落月的50米×50米的区域范围内,不能有低于20厘米或高于20厘米的障碍物,科研人员将该区域按照棋盘的方式划成了256×256格,用激光扫描的办法一格一格地去寻找。

  说起来容易,可实施起来可真是个大难题。由于“三姑娘”悬停在100米高度的时间只有30秒,因此给予系统调整的时间极其有限,最多只有三次机会。这就意味着,时间一过,哪怕就是一个无底洞,嫦娥三号也只能硬着头皮降下去。

  “依靠传统的一只激光眼扫描,时间肯定不够。”舒嵘表示,为此他们给“三姑娘”装上了16只激光眼,分布式扫描节省了时间。可是这么多的“眼睛”,又带来了新的问题,如何保证它们的“视力”

  全部相同呢?科研人员又不得不利用热气球、直升飞机甚至模拟月球环境进行反复测试和调校。

  最终,依靠着该系统,“三姑娘”只用了一次调整,便平移到位,而从最后的降落区域来看,可谓十分完美。

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