“四姑娘”8000米高空輕巧落月 激光測距敏及三維成像發揮重要作用

　　“激光三維成像敏感器在著陸器懸停時有三次拍照機會。幸運的是，第一次掃描就成功了!”

　　1月3日起，有關嫦娥四號的好消息不斷傳來。在上海，中國科學院上海技術物理所和上海光學精密機械研究所，相關團隊的辦公室、實驗室里不時傳來陣陣歡呼。“為此付出的汗水值了，我們為祖國驕傲!”近日，記者走訪了中科院上海技物所和上海光機所，聽這里的年輕科研人講述“四姑娘”落月背后的故事。

　　“姐姐”嫦娥三號的著陸區虹灣地勢較為平坦，著陸器在距離月面3公里左右完成90度的姿態調整，之后還可邊平飛、邊降落。盡管有嫦娥三號落月的成功經驗，可“四姑娘”的月背著陸仍是前所未有的高難度、高風險——嫦娥四號的著陸區地形起伏大、隕石坑多，只有預選著陸區艾特肯盆地相對平坦。在距離月面約8公里時，“四姑娘”就開始調整姿態，之后近乎垂直下降。

　　中科院上海技物所研制的激光測距敏感器和激光三維成像敏感器為嫦娥四號落月發揮了至關重要的作用。“它倆就是‘四姑娘’的眼。”上海技物所研究員舒嶸說，“嫦娥四號著陸過程中要解決幾件事：首先是測量高度與姿態，其次是對發動機推力的控制，還要測量和把控100米時的懸停避障。兩個產品圓滿完成了測距和精準避障的任務。”

　　激光測距敏感器，是著陸器上的“先鋒官”，在“四姑娘”飛入月球表面15公里軌道以后，全程測量著陸器與月面的距離，并算出其落月的速度，為著陸器姿態軌道控制分系統提供從動力下降段至軟著陸段的高精度測距數據。儀器在落月過程中，每一秒發射兩次激光，以此獲取精度在0.2米的月距高度。“這是利用脈沖法來測量，通過向月面發射激光光脈沖，測量月面回波脈沖信號與激光發射脈沖信號的時間間隔，以此獲得嫦娥四號著陸區相對于月面的精確距離。”主任設計師程鵬飛告訴記者。中科院上海光機所為其打造的測距敏感器激光器功率達兆瓦量級，在距離月面15公里開始，就開始提供著陸器與月面的距離信息。“測距敏感器激光器，采用獨有的專利技術和核心工藝，滿足了空間極端環境下的使用要求，是國內空間應用的固體激光器。”該所空間激光工程技術實驗室副主任劉源介紹。

　　解決了降落高度與姿態的問題，“往哪兒落”也極富挑戰。對“四姑娘”來說，精準避障是降落成功的關鍵。激光三維成像敏感器就帶著“四姑娘”避開陡峭的隕石坑和大石塊，確定了安全著陸區。在距離月面100米時，著陸器懸停，這時激光三維成像敏感器開始工作——獲取月面區域的激光三位圖像。“激光三維成像敏感器只有三次掃描的機會，每一次只有1秒鐘。其中前0.25秒用來獲取圖像，后0.75秒完成判斷。”主管設計師李銘介紹，“找到合適著陸地點后，嫦娥四號飛到其上空緩緩下降。”