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中科院上海技術(shù)物理研究所:三載荷助力嫦娥完成落月探土


  來(lái)源: 科學(xué)網(wǎng) 時(shí)間:2020-12-09 編輯:清風(fēng)
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12月3日23時(shí)10分,嫦娥五號(hào)順利將攜帶月壤的上升器送入到預(yù)定環(huán)月軌道,成功實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次地外天體起飛。中科院上海技術(shù)物理研究所研制的三臺(tái)有效載荷——激光測(cè)距測(cè)速敏感器、激光三維成像敏感器,嫦娥五號(hào)月球礦物光譜分析儀,助力嫦娥五號(hào)穩(wěn)穩(wěn)落月并完成既定科學(xué)探測(cè)任務(wù)。


嫦娥五號(hào)月球礦物光譜分析儀(中科院上海技物所供圖)


穩(wěn)穩(wěn)落月:嫦娥五號(hào)有雙“火眼金睛”


中科院上海技術(shù)物理研究所研制的激光測(cè)距測(cè)速敏感器、激光三維成像敏感器是姿態(tài)控制(GNC)分系統(tǒng)的重要單機(jī),是探測(cè)器能夠成功軟著陸月球表面的重要技術(shù)保障。中科院上海光機(jī)所承擔(dān)了兩個(gè)系統(tǒng)中的核心組件——三臺(tái)激光器的研制工作。依靠中科院上海技物所和中科院上海光機(jī)所王牌“激光兄弟連”的這些看家法寶,“嫦娥”有了一雙火眼金睛,穩(wěn)穩(wěn)落月。


上海技物所副所長(zhǎng)、月球與深空探測(cè)系列載荷指揮舒嶸說(shuō):“嫦娥五號(hào)的測(cè)距敏感器和三維敏感器功能上繼承了嫦娥三號(hào)、四號(hào)的姿態(tài)控制(GNC)分系統(tǒng)特點(diǎn),不但減輕了重量,進(jìn)一步提高了可靠性,還新增了測(cè)速功能?!?


“我們?cè)趪?guó)際首次實(shí)現(xiàn)在軟著陸階段使用激光多普勒測(cè)速技術(shù)進(jìn)行三個(gè)方向速度測(cè)量,且只用了6kg重量。敏感器為什么要加激光測(cè)速功能呢?”嫦娥五號(hào)激光三維成像敏感器、激光測(cè)速敏感器主任設(shè)計(jì)師,上海技物所研究員徐衛(wèi)明說(shuō),“激光的波長(zhǎng)更短,同樣的速度產(chǎn)生的多普勒頻率就更大,能夠提供更高的速度測(cè)量精度,激光測(cè)速會(huì)是將來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向。對(duì)GNC系統(tǒng)來(lái)說(shuō),有足夠高精度的速度數(shù)據(jù)引入,控制落月的時(shí)候就可以更平穩(wěn)?!?


據(jù)介紹,在距離月球20公里時(shí),激光測(cè)距測(cè)速敏感器測(cè)距功能開啟,提前獲取了軌道下降段月表高度信息,測(cè)距各通道數(shù)據(jù)銜接完美。當(dāng)距離高度縮短降低到2.5公里,著陸器建立對(duì)月降落姿態(tài)時(shí),激光測(cè)距測(cè)速敏感器測(cè)速功能開機(jī),以0.1米/秒的精度開始測(cè)量著陸器的降落速度,提供給導(dǎo)航系統(tǒng),保證著陸器以穩(wěn)定的速度平穩(wěn)降落到月球。


科研人員正在測(cè)試月球礦物光譜分析儀(中科院上海技物所供圖)


科學(xué)探測(cè):嫦娥五號(hào)的特殊使命


如果說(shuō),敏感器是“嫦娥五號(hào)”落月的“避障雷達(dá)”,那么,月球礦物光譜分析儀就是帶著科學(xué)探測(cè)目標(biāo)飛往月球的“特殊乘客”。


月球礦物光譜分析儀是探測(cè)器有效載荷之一,對(duì)月球表面著陸采樣區(qū)進(jìn)行光譜探測(cè)和礦物組成分布分析。


12月2日5時(shí)06分,上海技物所研制科學(xué)載荷月球礦物光譜分析儀開機(jī),并圓滿完成了對(duì)采樣區(qū)的光譜成像和紅外光譜探測(cè)任務(wù),這些工作既可研究“挖土”區(qū)的物質(zhì)組成與分布,也有助于對(duì)”挖土”位置的土壤特性進(jìn)行精細(xì)分析與研究。


“相對(duì)于嫦娥三號(hào)、四號(hào)的同類載荷,嫦娥五號(hào)礦物光譜分析儀的光譜范圍進(jìn)一步拓展,覆蓋了羥基譜段,具備探測(cè)水化合物的能力?!辨隙鹞逄?hào)月球礦物光譜分析儀主任設(shè)計(jì)師、上海技物所研究員何志平說(shuō):“月球上水的賦存狀態(tài)信息很重要。正好我們儀器覆蓋了這個(gè)譜段,這樣就具備了判斷分析的能力?!?


此外,嫦娥五號(hào)月球礦物光譜分析儀還新增了二維指向功能,集成了一個(gè)可以搖擺指向的光學(xué)反射鏡,能夠方便地選擇需要探測(cè)的目標(biāo)。


何志平解釋說(shuō):“原來(lái)我們的探測(cè)視角是固定的,現(xiàn)在增加可二維轉(zhuǎn)動(dòng)的反射鏡后,就相當(dāng)于給儀器裝了個(gè)可靈活運(yùn)動(dòng)的‘脖子’,可以俯仰、左右兩維搖頭,如果看到了感興趣的目標(biāo),就可以仔細(xì)觀測(cè)?!?


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