▲嫦娥四号探测器动力下降过程降落相机拍摄的图像▲嫦娥四号探测器动力下降过程降落相机拍摄的图像
▲嫦娥四号探测器月球背面软着陆后降落相机拍摄的图像▲嫦娥四号探测器月球背面软着陆后降落相机拍摄的图像

  1月3日10点26分,中国嫦娥四号探测器成功着陆于月球背面南极附近艾特肯盆地中的冯。卡门坑,人类历史上首次在月球背面实现了软着陆。浙江大学徐之海教授团队完成的嫦娥四号探测器降落相机光学镜头成像清晰,表现优异,成功记录了整个降落过程中的月面视频画面,为保障首次月球背面软着陆成功做出了重要贡献。嫦娥三号落月时惊心动魄的瞬间、在地月拉格朗日L2点附近首次获取的地月合影……这些让人惊叹的画面,也都是由浙大设计研制的光学成像系统取得的。

▲嫦娥四号降落相机光学镜头▲嫦娥四号降落相机光学镜头

  “嫦娥四号”月球探测器从15公里高处降至月球表面的这12 分钟,完全依靠自主判断与控制,地面人工干预的可能性为零。国外同行曾把这种航天师父们“手足无措”的短暂时间称为“黑色瞬间”。然而嫦娥四号却能在黑夜中睁开一双“火眼金睛”,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,这双“眼睛”就是探测器上搭载的降落相机光学系统。

  “太空环境是真空、高辐射环境,温度变化大,航天飞行探测器的光学相机在太空环境工作,不但要非常可靠,寿命长并足够轻和小,还要满足许多特殊要求,例如在探测器发射时必须承受强大的力学冲击。”刚在北京航天飞行控制中心现场观看落月全过程的徐之海教授,在落月成功后,马上接受了记者的采访。

  徐之海介绍,中国月球探测工程之前曾获得过多幅全月球影像图,虽然最高分辨率达到国际领先的0.97米,但对于探测器降落依旧“帮不上大忙”。他拿面前的茶几打了一个形象的比方:“只要着陆器四只脚中的一只碰到像茶几这么大的一块石头,就有可能侧翻,然而0.5米见方的石头,在0.97米分辨率的影像图上只是一个点,我们无法靠一个点判断石头存不存在。”

  因此,嫦娥四号着落器在动力下降段先大范围“挪”到一个相对平坦的地方,然后依靠降落相机多张更高精度影像图的判断,对障碍物和坡度进行识别,搜索安全着陆区,并在到达距月面100米的悬停位置时自主避障,再找到一个更平坦的小范围。

  “百闻不如一见。”徐之海告诉记者,在科学探测中,光学成像一直是最直接、最重要的一种探测手段,其他任何科学手段的探测所带来的信息量、冲击力,都不如光学系统。

▲嫦娥四号中继星双分辨率相机▲嫦娥四号中继星双分辨率相机

  今年5月21号,徐之海教授团队主持研制的嫦娥四号中继星(鹊桥号)观测相机系统于2018年5月21日随鹊桥号成功发射。在到达绕地月拉格朗日L2点的使命轨道后,相机系统于2018年6月20日开机,天线监视相机成功获取了高增益抛物面通信天线的图像,确认了中继天线正常展开状态,完成了监视成像任务;双分辨率相机于7月13日~14日开机,人类历史上首次获取了从地月拉格朗日L2点附近拍摄的地月合影及地球、月球特写图像。6个多月的在轨运行表明,光学相机工作可靠、像质清晰,圆满完成了预定任务,为保障中继星天线的可靠展开、展示我国探月工程的精彩过程做出了重要贡献。

▲2018年7月14日在地月拉格朗日L2点附近首次获取了地月合影▲2018年7月14日在地月拉格朗日L2点附近首次获取了地月合影

  中继星光学观测相机系统后续还将在2019年下半年择机开展拓展成像试验,期待届时能有更精彩的表现。