嫦娥四号凌晨赴月球之约，这些“神器”出自上海

　　嫦娥四号凌晨赴月球之约，这些“神器”出自上海

　　【新民晚报·新民网】2018年是我国航天发射的大年，进入12月，中国航天又迎来一次高光时刻。今天凌晨，我国嫦娥四号月球探测器在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭发射升空。这一次，“四姑娘”肩负的使命更艰巨、也更具创新——将实现世界首次月球背面软着陆和巡视探测。

　　通过之前发射的绕月探测器，人类了解到，月球背面与正面存在着很多不同。去月球背面看看，成为不少科学家梦寐以求却始终无法实现的梦想。月球背面充满着未知，如何让嫦娥四号安全着陆、如何保证在太空环境下仪器设备处于合适的工作温度、如何探测月面的矿物成分？这一次，来自中国科学院上海技术物理研究所、上海天文台、上海硅酸盐研究所、上海光学精密机械研究所和上海有机化学研究所的科研人用一件件“上海制造”给出了答案。

　　视频来源：中科院上海技物所

　　激光“慧眼”识别安全降落区

　　相较其“姐姐”们，“四姑娘”着陆区域的条件更为复杂、地形起伏变化更剧烈，仅艾特肯地区较为平坦，找到合适的登陆点难度陡然提升。能否顺利实现“艾特肯登陆”，中科院上海技物所和中科院上海光机所合作研制的激光测距敏感器和激光三维成像敏感器将发挥至关重要的作用。

　　激光测距敏感器是着陆器上最早开机的设备之一，在嫦娥四号飞入月球表面15公里轨道以后，全程测量着陆器与月面的距离，为着陆器姿轨控分系统提供从动力下降段至软着陆段的高精度测距数据。主任设计师程鹏飞告诉记者，激光测距敏感器采用脉冲法测量距离。“通过向月面发射激光光脉冲，测量月面回波脉冲信号与激光发射脉冲信号的时间间隔，以此获得嫦娥四号着陆器相对于月面的精确距离。”

图说：激光测距敏感器 中科院上海技物所供图

　　2016年4月，程鹏飞接到了重新研制激光测距敏感器的任务，立即和团队成员投入研发。“在月球背面着陆意味着它需要具备更多自主判断的能力。我国5月发射了‘鹊桥’中继卫星，将为探测器和地球‘牵线搭桥’。”程鹏飞介绍，“嫦娥三号可以将测距数据直接传回地球，更新率是2秒，可由于嫦娥四号中继星的传输延时和传输带宽有限，测距数据传回地球的更新率要慢整整十倍：23秒！它要更多靠自己了。”经过1年多的攻坚，程鹏飞和团队采用了回波信号自动增益控制、多个测距通道复合交接班、百亿分之一秒高分辨率时间间隔测量等关键技术，使探测距离超过40公里，距离测量精度优于20厘米。

　　解决了嫦娥四号降落高度的问题，还要处理“落在哪儿”的难题。激光三维成像敏感器就成了“四姑娘”的“眼睛”——带她避开陡峭的陨石坑和大石块，确定安全着陆区。

　　嫦娥四号激光三维成像敏感器是嫦娥三号的备份产品，“生产日期”是2013年9月，在嫦娥三号任务完成后转为执行嫦娥四号任务。“在‘保质期’里，保证它‘取之能用’是我们的任务。”激光三维成像敏感器主管设计师李铭说，“我们每半年会为它做一次‘体检’，确保产品性能指标符合要求，安全可靠。”

　　据介绍，探测器在距离月面100米高度时，着陆器悬停，激光三维成像敏感器获取月面着陆区域的三维图像，通过计算分析选择适合安全软着陆的区域。“激光三维成像敏感器能在250毫秒内成像，着陆器在1秒内分析三维图像数据并选取安全着陆区。在悬停的过程中，它一共有三次做出判断的机会。”李铭说，“激光三维图像高程精度优于5厘米，相比地球上的智能驾驶激光雷达还要精准。”

　　红外“相机”照出月球信息

　　造访“新地标”，不“拍”个够怎么行？顺利抵达月球背面后，中科院上海技物所另一“神器”将大显身手。红外成像光谱仪是月球车上配备的有效载荷，它具备可见近红外波段的光谱成像和短波红外谱段的光谱探测功能，在月球车的辅助下可以获取月表指定位置的精细光谱信息。

图说：红外成像光谱仪地面验证件辐射标定实验 新民晚报记者 郜阳摄

　　正如每个人的指纹和虹膜千差万别，月球物质成分所呈现的光谱特性也不一样，可以帮助科学家识别月面巡视区矿物成分。“和嫦娥三号相比，嫦娥四号巡视器红外成像光谱仪单次获取月表光谱信息的时间周期由25分钟缩短了一半，提升了仪器效率，也提高了仪器的定量化水平。”红外成像光谱仪主任设计师李春来介绍。