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激光前沿 | 月背探秘,嫦娥六号都用了哪些激光技术?

来源: 发布时间:2024-05-14 浏览量:

九天揽月,激光引航

月球依然神秘,尤其是它“暗”不可测的背面。

5月3日,嫦娥六号成功发射,踏上人类首次月背采样返回之旅。它即将在月球背面的南极-艾特肯盆地登陆“挖土”,采集不同地域、年龄的月球样品,带回地球进行深入研究。

目前,嫦娥六号已顺利完成“近月制动”(即“太空刹车”)的关键步骤,成功进入环月轨道飞行。值得一提的是,激光技术在此次任务中,扮演了至关重要的角色。

用上了哪些激光仪器和技术?    

嫦娥六号任务除了探测器(含多个关键激光光学仪器)本身之外,还搭载了法国的氡气探测仪、欧空局的负离子探测仪、意大利的激光角反射镜、巴基斯坦的立方星等4个国家的载荷和卫星项目。其中,意大利INFN的激光角反射镜MoonLIGHT尤为引人注目。

意大利INFN激光角反射镜MoonLIGHT

嫦娥六号将在月球背面放置的激光角反射器,用于为环绕月球的卫星提供精准导航服务。该反射器是来自意大利INFN-国家核物理研究所的“MoonLIGHT”,可帮助卫星计算精准距离和把握轨道,提高降落着陆的精准度。

(图片来源:INFN

激光测距(LR)是一种用于在激光地面站和光学目标(Cube Corner Retroreflector, CCR)之间进行精确距离测量的技术。

早在1969年,美国的阿波罗11号就往月球上放置了第一个激光反射器,精准测定地月距离。由此,实现月球激光测距(LLR)测量成为了可能。包括我国在内,全世界仅有五个国家具备激光精准测量地月距离的技术能力。据统计,上个世纪人类一共往月球上放置了五个激光反射器。

近年来,激光地面站有了显著的改进,但仍存在月球振动等带来的限制。为了实现更精确的LLR测量,高精度测试激光仪器MoonLIGHT项目应运而生。MoonLIGHT采用了新一代紧凑设计,反射面直径为100毫米,测量精度可提高到毫米以内。在未来,使用MoonLIGHT,将会有一个单一的大型CCR,以最大限度地减少振动的影响。

除了此次的MoonLIGHT,今年1月美国联合发射联盟(ULA)“游隼号”月球着陆器搭载的激光反向反射器阵列(Laser-Reflecting Array,简称LRA),以及NASA火星探测“毅力号”的激光反射镜阵列LaRA也非常受关注。

Laser-Reflecting Array(图片来源:ULA)

上海技物所的多个关键激光与光学仪器

据悉,中国科学院上海技术物理研究所研制的嫦娥六号月球矿物光谱分析仪激光测距测速敏感器激光三维成像敏感器,也随探测器一同升空。

据中国科学院上海技术物理研究所官网介绍:

-月球矿物光谱分析仪是探测器有效载荷之一,将对月球表面着陆采样区进行光谱探测和矿物组成分布分析;

-激光测距测速敏感器,将在探测器着陆月面时提供远程距离和速度信息,是姿态控制(GNC)分系统的重要单机;

-激光三维成像敏感器使用激光快速扫描成像手段对月表地形地貌进行探测,使着陆器实现实时避障,并在探测器悬停时提供月面着陆区的精确三维图像。

步入21世纪,中国启动嫦娥探月工程,就提出了想要用激光手段对月球表面地形进行三维测量。上海技物所专长做红外物理光电技术研究,上世纪曾在机载平台上实现以激光为手段进行地表三维测量,从“嫦娥一号”开始,空间主动光电载荷研制团队开始转入航天任务,当时不少成员都是做成像光谱技术出身。

此外,中国科学院上海硅酸盐研究所为“六姑娘”研制的一系列“神奇皮肤”和关键材料也备受瞩目,包括了嫦娥六号月球车红外成像光谱仪二氧化碲晶体、探测器热控涂层等。在嫦娥六号月球车的红外成像光谱仪中,大尺寸二氧化碲晶体是实现大视场、高空间和光谱分辨率的关键材料,其声光特性优异的大尺寸二氧化碲晶体,并确保了这一关键材料的按期完成。

本次嫦娥六号将创造哪些奇迹?    

嫦娥六号探测器的成功发射,标志着中国航天事业的又一重大突破!

发射入轨后,“六姑娘”按计划将进行约53天的飞行,期间经历地月转移近月制动环月飞行着陆下降月面工作月面上升交会对接样品转移环月等待月地转移再入回收等工作阶段。

月球背面采样本身就是奇迹。月球背面的地形比正面更加崎岖,这为月背降落带来了困难,这一困难在月背还因地月通信问题而被放大。

最大难点,或许在于实现精准对接:着陆器和上升器的组合体需要和轨道器、返回器组合体对接,后者在环月轨道上有转到月球正面、让地面站测轨和通信的机会,但前者在月球表面得不到任何地面站的支持,只能跟鹊桥二号通信。

月球上昼夜相差几百度的温差,也为各种仪器的正常运转带来了极大考验。为此,上海硅酸盐所研制出10余种无机热控涂层,这些“温控外衣”用于全景相机机构、着陆器、发动机防护筒、着陆器月夜温度采集器、激光点阵器、对接机构等。

此外,我国还要在这些任务过程,要采样返回,也要在技术上创造奇迹——嫦娥六号必须精准做好“去、下、上、回、入”五个动作,每一个动作都不能出现任何的差错。

今年,我国将全面推进探月工程四期,规划包括嫦娥六号、嫦娥七号(寻找月球存在水的证据)嫦娥八号(建立国际月球科研站的基本型)任务。在完整建成科研站前,还有许多技术难关等待攻克。

(文章转载自:维科网激光)

 

凯普林光电成立于2003年,是面向全球的激光解决方案服务商。公司以“让梦想驭光而行”为使命,以“创变非凡”为价值观,致力于创造更好的激光产品,为全球客户提供半导体激光器、光纤激光器、超快激光器产品及解决方案。

凯普林官网:www.bwt-bj.com

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