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        1. 這些激光技術助力嫦娥五號成功探月

          信息來源:激光制造商情  發布日期:2021-01-29  瀏覽次數:936

          嫦娥五號探月任務是我國近期最重要航天項目,也是我國2020年航天發射活動的收官之作。11月24日,我國在中國文昌航天發射場,用長征五號遙五運載火箭成功發射探月工程嫦娥五號探測器。嫦娥五號探測器由著陸器、上升器、軌道器、返回器4部分組成。與我國以往探月任務不同,嫦娥五號既要落月探測,又要采樣返回,任務更為復雜艱巨。

           

          整個嫦娥五號探月取壤工程可謂是我國有史以來難度最大航天項目,凝聚我國眾多最高科技的領域成果。12月17日,嫦娥五號返回器攜帶月球樣品在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸,經計算本次一共取得月壤挖得的月壤重1731克,也是人類過去40年里首次從月球取得月壤,探月工程嫦娥五號任務取得圓滿成功。

           

          光電技術為航天工程作出了重要貢獻,其中本次探月活動里,激光技術也得到了多處應用體現。

           

          中科院上海技物所負責研制嫦娥五號月球礦物光譜分析儀、激光測距測速敏感器和激光三維成像敏感器。月球礦物光譜分析儀是探測器有效載荷之一,將對月球表面著陸采樣區進行光譜探測和礦物組成分布分析。激光測距測速敏感器、激光三維成像敏感器是姿態控制(GNC)分系統的重要單機,是探測器能夠成功軟著陸月球表面的重要技術保障。激光測距測速敏感器將在探測器著陸月面時提供遠程距離和速度信息,有望實現國際首次在月球探測器軟著陸階段使用激光多普勒測速技術進行三個正交方向速度測量。激光三維成像敏感器將在探測器懸停時提供月面著陸區的精確三維圖像。

                                                        

                                                                   激光測距測速敏感器測距模塊激光器(中科院上海光機所供圖)

           

          其中“激光測距敏感器”核心測距器件——SPD-052型近紅外增強型雪崩激光探測器由北方激光研究院自主研制。北方激光研究院2005年開始承擔嫦娥系列衛星用激光探測器研制工作,陸續為嫦娥一號、二號的“激光高度計”和嫦娥三號、四號及這次登月的嫦娥五號的“著陸器激光測距敏感器”分系統提供激光探測器,該型SPD-052硅雪崩光電探測器在嫦娥五號落月過程控制中,實現激光回波接收,完成月面距離探測,產品在此任務中表現良好,指標精度滿足要求,為嫦娥五號落月任務的順利完成做出了貢獻。

                                                   

                                                                                                 SPD-052型近紅外增強型雪崩激光探測器

           

          中科院上海光機所承擔了兩個系統中的核心組件——3臺激光器的研制。在承擔嫦娥三號、四號相關工作的基礎上,嫦娥五號上有兩款激光器實現了技術繼承和升級:測距模塊用激光器從環月階段開始工作,通過大能量、窄脈寬激光來測量著陸器和月面的距離;三維成像敏感器激光器是在著陸器懸停時,利用高重頻、窄脈寬脈沖激光瞬時對月面實施高精度三維成像,為選擇精確的著陸點提供依據;激光器在減重20%的同時,滿足了嫦娥五號更苛刻的振動力學要求。

          為了讓嫦娥五號著陸更加平穩,首次在著陸器上增加了測速模塊,中科院上海光機所設計了首個在著陸器上使用的窄線寬光纖激光器,實現了窄線寬(kHz量級)、低強度噪聲的激光輸出,從落月階段開始工作,通過探測激光回波的頻率信息來測量著陸器相對月面的速度,實現了空間應用系統從能量探測模式向頻率探測模式的開拓。

          3款激光器從遠至近陸續開啟,從繼承到開拓,為嫦娥五號任務的順利完成提供強有力支撐,為國家的深空探測和空間科學做出貢獻。

           

          12月6日5時42分,嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接,并于6時12分將樣品容器安全轉移至返回器中。這是我國首次實現月球軌道交會對接。中國科學院光電技術研究所(以下簡稱光電所)研制的激光雷達在本次月球軌道無人交會對接任務中圓滿完成任務。

           

          光電所研制的激光雷達敏感器,在中近距離自動捕獲上升器,實現對上升器的激光精密跟蹤,完成上升器相對軌道器的位置和姿態高精度測量,并將軌道器和上升器的相對距離、距離變化率、相對姿態角度、角度變化率等信息實時地傳送給軌道器控制器,幫助軌道器不斷調整姿態,與上升器靠近并最終實現精準對接,圓滿完成本次月球軌道無人交會對接任務。

                                                        

                                                                                 光電所提供的激光雷達主機(光電所供圖) 

          嫦娥五號的工作已經為我國下一步探月工程作出了良好的鋪墊,帶回的月球土壤也會繼續增加我們對月球發展歷史、成分結構的認識。探月工程的成績代表著我國正在邁向航天強國。

           

           

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