激光高度計精確測距

解放軍(jun) 電子工程學院教授胡以華研製的激光高度計，為(wei) 嫦娥裝上了“千裏眼”，將助力嫦娥三號實時精確測距，準確抵達月球。

　　大概在一周後，嫦娥將在月球軟著陸。除了減震，實現月球軟著陸的另一個(ge) 關(guan) 鍵，就是高度的控製。據了解，嫦娥三號在準備著陸前，會(hui) 逐漸降低動力。因此，在落月過程中，要精確地測量嫦娥三號與(yu) 月麵的距離。當距月麵隻有幾米高度時，將發出關(guan) 機指令，關(guan) 閉探測器的發動機。而這個(ge) 關(guan) 機指令的發出，是實現落月的關(guan) 鍵動作。

　　出生於(yu) 懷寧的胡以華曾參與(yu) 研製成功月球探測衛星激光高度計，實現了我國空間遙感激光探測技術與(yu) 係統研製重大突破。從(cong) 嫦娥一號開始，激光高度計就成為(wei) 嫦娥的“千裏眼”，還曾配合4D相機為(wei) 月球繪製全世界第一張高分辨率主體(ti) 成像圖。胡以華介紹，軟著陸必須實時精確測距，激光高度計能幫助嫦娥順利登月。

　 嫦娥三號任務是我國探月工程“繞、落、回”三步走中的第二步，是承前啟後的關(guan) 鍵一步。在“繞月”階段，中科院上海技術物理所、上海光學精密機械所為(wei) 嫦娥衛星研製了“激光眼”——激光高度計，為(wei) 我國首幅全月麵三維圖提供了高程，相當於(yu) 地球上的海拔高度。即使在無可見光的月麵環境下，激光計也能“拍攝”自如。

　　但比起距離月麵一兩(liang) 百公裏外的繞月，零距離接觸的落月對激光測距精度和速度提出了極高要求。在我國探月初期，嫦娥衛星對月發射一束激光，在月麵形成的“激光足印”約有120米方圓範圍，而嫦娥三號激光測距的“足印”將小到米級，測量精度進一步提高，可實時監測嫦娥三號著陸器距離月麵的高度。

紅外激光三維成像獲取地形

　　除了這束“大激光”，“嫦娥”還有一道靈敏度極高的“小激光”。當“嫦娥”向月麵釋放著陸器，著陸器將在接近月麵時，通過激光三維成像，進一步“觀察地形”，獲取正下方圖像。如下方不適合降落，它就馬上換一塊地方，確保著陸點相對更為(wei) 平坦。這種接近“現場直播”的實時成像需在數秒內(nei) 完成，為(wei) 此中科院上海技物所研製的三維成像係統采用了多源激光並掃、實時成像方法，這種實測方式是在著陸月球時首次應用。

　　兩(liang) 隻“激光眼”之外，“嫦娥”另有一隻“紅外眼”——紅外成像光譜儀(yi) 。這台儀(yi) 器置於(yu) 俗稱“月球車”的月麵巡視器上，當巡視器從(cong) 著陸器中駛出，便開啟這一關(guan) 鍵探測設備。這隻“眼睛”不但能在可見光範圍獲得上百個(ge) 光學波段的圖像，還能用來探索可見光之外的“光”，捕捉月球物質資源放出的紅外線光譜。因為(wei) 每種物質都有其獨特的“紅外圖譜”，紅外成像光譜儀(yi) 以極高的光譜分辨率“拍攝”月表物質，並能通過計算機直接將物質分門別類。

對於(yu) 登月任務以及其後實施的返回任務，衛星發射重量越輕越好，因此“嫦娥”嚴(yan) 格控製體(ti) 重。相關(guan) 項目負責人上海技物所研究員王建宇透露，此次星載的紅外成像光譜儀(yi) 隻有5公斤多，是“嫦娥”3隻眼中最輕的，而機載的同類光譜儀(yi) 重量可達百公斤。今後，這種超輕型成像光譜儀(yi) 器還能用於(yu) 火星、小行星等更遙遠的深空探測任務。

作為(wei) 我國著名的空間光電載荷專(zhuan) 家，王建宇曾帶領一個(ge) 年輕的科研團隊，研發出了激光高度計，搭載在嫦娥一號上，實現了中國人首次“為(wei) 月球量身高”的夢想。2015年前後，我國將發射首顆量子科學實驗衛星，上麵將搭載星地量子通信設備，還是由他率隊研製。

　　著名空間光電載荷專(zhuan) 家王建宇說，自己的夢想就是做出國家需要、卻看似不可能的光電設備，讓它們(men) 遨遊太空，實現中國的航天夢。

　　月球“照相機”瘦身到5公斤

　　安裝在嫦娥三號月球車“腹部”的紅外成像光譜儀(yi) ，就像一隻敏銳的眼睛，將仔細察看月麵的礦物組成—這可是王建宇的最新成果。它原先搭載在飛機上，“體(ti) 重”超過100公斤，顯然不適合上天。為(wei) 此，王建宇帶領團隊絞盡腦汁，將它“瘦身”到5公斤左右，可以穩穩當當地裝入一尺見方的盒子內(nei) ，並采用了一係列創新技術，使它“目光”敏銳。現在，王建宇就期盼著月球車上的紅外成像光譜儀(yi) 能帶回合格的圖像。

　　激光測距儀(yi) 和激光三維成像儀(yi) 則將承擔起幫月球車尋找“落腳點”的重任—當月球車離著陸點隻有幾十公裏時，它們(men) 將及時打開，以小於(yu) 1米的精度，實時測量降落高度，其研製難度超過了嫦娥一號上的激光高度計。

　　2003年，時任中國探月工程首席科學家的歐陽自遠院士找到中科院上海技術物理所，提出研製激光高度計的要求。回想起當時情形，王建宇說他感到了從(cong) 未有過的壓力：大功率激光上天，國內(nei) 從(cong) 來沒做過！

　　這除了要克服真空、失重、高壓等困難，激光高度計還要能在200公裏外，抓住月麵反射回來的微弱激光信號，這就好比要不偏不倚地捕捉一大幅畫麵中的一個(ge) 光點。同時，上天的設備就怕能量大，可高度計的激光器瞬時功率高達30兆瓦。在地麵上，這個(ge) 功率能把幾米開外的鐵板打得直冒火花。

　　這一強一弱之間，包含著無數難題。經過三年多攻關(guan) ，王建宇團隊終於(yu) 交出了令人滿意的答卷。與(yu) 此同時，一支年輕的團隊也逐步成長起來。此次隨嫦娥三號上天的兩(liang) 個(ge) 激光儀(yi) 器就是由當年激光高度計團隊帶出來的年輕博士黃庚華領銜研製的。