2019年1月3日10时26分,嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内,实现人类探测器首次在月球背面软着陆。

  嫦娥四号探测器上装备的激光测距敏感器和激光三维成像敏感器,是落月过程中必不可少的“眼睛”,堪称确保探测器安全着陆最关键、最核心的技术装备。有了它们,探测器就能准确地知道自己每时每刻距离月球表面的距离,并且清楚地看到着陆区域的地形地貌,从而寻找到安全的着陆地点。

  负责研制这两样设备的是中科院上海技术物理研究所王建宇院士团队。王建宇是浙江宁波人,本科毕业于原杭州大学物理系。王建宇3日向记者详细介绍了先进的激光遥感技术是如何帮助嫦娥四号顺利降落在月球背面的。

  激光测距敏感器仿佛一台高性能“倒车雷达”。在嫦娥四号着陆器距离月面15千米高度时,激光测距敏感器就开始工作,每秒向月面发射两次激光脉冲。通过测量月面回波脉冲信号与激光发射脉冲信号的时间间隔,获得嫦娥四号着陆器相对于月面的精确距离,测量精度0.2米之内。“在着陆器下降到距月面约8千米时,姿态发生调整,激光测距敏感器也将随之切换测距方向,直到完成平稳落月。”王建宇说,嫦娥四号激光测距敏感器的激光光源、探测器、高压电源等核心元部件均为国产自研,并进一步提高了系统的集成化、轻量化程度。

  激光三维成像敏感器则帮助嫦娥四号解决“往哪里落”的问题。“虽然预定着陆区艾特肯地区较为平坦,但表面仍然存在高坡、陨石坑、大石块等诸多不确定因素,所以精确避障极为重要。”王建宇说。嫦娥四号到达距月面100米的悬停位置时,激光三维成像敏感器开始工作:采集月面的三维图像,将高于15厘米的石头或低于15厘米的坑识别出来,确保探测器降落在安全区域。如此精细的扫描成像的工作,在短短几秒内就完成了。值得一提的是,我国在几个航天大国中较早地把激光三维成像技术用于月面着陆,目前应用非常成熟。探月工程总设计师吴伟仁院士曾形象地说:美国人登陆月球是闭着眼睛下去的,我们则是睁着眼睛下去的。

  此外,王建宇团队还为首次到达月球背面的月球车装上了“红外眼”——红外成像光谱仪。月球车走到哪里,这双“眼睛”就看向哪一片月面。通过获取精细光谱信息,这台仪器可以帮助科学家识别月壤及月面岩石的成分。王建宇介绍,嫦娥四号红外成像光谱仪不仅集成最新遥感技术,还成功实现轻小型化,重量不到6千克,综合性能优于欧美同类产品。