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軍工航天新聞

中國月球車“相機”攻關:國產激光技術遨遊太空

星之球科技 來源:中國新聞網2014-01-06 我要評論(0 )   

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       讓“fun88官网平台”遨遊太空

  人物:王建宇,著名空間光電載荷專(zhuan) 家

  夢想:讓國產(chan) 激光探測設備遨遊太空,實現中國的航天夢

 

  今年年底,嫦娥三號將擇機發射。每當聽到與(yu) 嫦娥相關(guan) 的消息,王建宇心裏就會(hui) 泛起一陣波瀾——嫦娥三號所搭載的科學儀(yi) 器中,有好幾樣出自他的研究團隊:激光測距儀(yi) 和激光三維成像儀(yi) ,將搭載在嫦娥三號的著陸器上,幫月球車在月麵上找到落腳點;紅外成像光譜儀(yi) ,將搭載在嫦娥三號的月球車上,完成科學探測任務。 

 

  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。

 

  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。

 

  扣著理論極限抓光子

  開創了國內(nei) “激光上天”的先例後,王建宇又開拓起新方向:將量子通信實驗搬到衛星上。五年前,他與(yu) 量子科學家、中國科技大學的潘建偉(wei) 院士開始了一項挑戰性合作——他們(men) 將一起驗證空間大尺度的“量子糾纏”現象。

 

  量子有一種奇特的“心靈感應”,它們(men) 無論相隔多遠,隻要其中一個(ge) 改變狀態,另一個(ge) 也會(hui) 同步變化。不過,光速太快,科學家怎知它們(men) 的改變是同步還是有先後?最好的辦法就是讓它們(men) 隔得足夠遠:一個(ge) 在太空中,一個(ge) 在地麵上,光也要跑上幾毫秒才能到。

 

  “量子通訊的本質是極弱的激光通信。”王建宇這次要啃的“硬骨頭”是從(cong) 太空中發出極其微弱的激光,再在地麵上一個(ge) 光子一個(ge) 光子地接收下來,幾乎所有的參數都扣著理論極限。

 

  另一個(ge) 更大的難題,是星地超高精度的對準。要發射、接收如此微弱的光學信號,對儀(yi) 器的要求本已很高,更何況發射裝置裝載在高速運行衛星上,天地兩(liang) 個(ge) 裝置要對準收發信號,真好比“針尖對麥芒”——它們(men) 對準的角度偏差不可超過0.7角秒,相當於(yu) 不到1度的萬(wan) 分之二。為(wei) 了驗證可行性,研究團隊讓設備在高速公路上飛馳、乘著熱氣球漂浮,直到保證萬(wan) 無一失。

 

  盡管量子科學衛星尚未上天,但星地量子通訊設備一邊研製,一邊在青海湖做實驗,聯合團隊合作的論文已多次登上《自然》、《自然•光子學》等國際學術刊物,開創了多個(ge) “世界第一”。

 

  棘手問題總能及時“排險”

  遼闊的青海湖邊,年輕的科研人員每年堅守幾個(ge) 月進行實驗。雖然王建宇不用每天值守在青海湖邊,但他肩頭的擔子卻很重。“老馬識途”這四個(ge) 字,最能說明他的作用。他手下的人說,不管出了多棘手的問題,王老師總能很快找到解決(jue) 辦法,一般嚐試不會(hui) 超過三次。

 

  在研發嫦娥一號激光高度計時,關(guan) 鍵設備激光器在做真空實驗時,突然發現能量衰減很快,壽命隻有半小時,而此時離產(chan) 品交付隻剩半年多。他們(men) 和中科院上海光機所的同事一起,一項項排查原因,終於(yu) 找到了解決(jue) 辦法——為(wei) 激光器“穿”上了一件特製的“太空服”,成功將其壽命延長到了一年以上。

 

  從(cong) 抓激光,到抓光子,王建宇所接受的挑戰越來越艱難,不過他卻樂(le) 在其中:今後我國探測小行星、探測火星,還會(hui) 有更多挑戰出現。帶出一支在空間激光設備研製上有積累的隊伍,讓光子載著中國的航天夢遨遊於(yu) 太空,王建宇說,這就是他此生的夢想。

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