近來隨著嫦娥三號(hào)任務(wù)的出色完成，作為嫦娥三號(hào)的“幕后工程”的高新設(shè)備相繼成為眾人關(guān)注的焦點(diǎn)，其中，激光設(shè)備的貢獻(xiàn)尤為出眾。激光技術(shù)在嫦娥三號(hào)的起飛和落月過程中都發(fā)揮著巨大的功效。

    25日起，嫦娥三號(hào)月球探測器的著陸器和巡視器相繼進(jìn)入月夜休眠，忙碌已久的航天人終于可以暫時(shí)松口氣。記者來到中科院上海技術(shù)物理研究所，聽這里的科學(xué)家們講述了嫦娥落月“黑色720秒”里那些不為人知的臺(tái)前幕后。

    “黑色720秒”，是指“嫦娥三號(hào)”月球探測器從15公里高度降至月球表面的這12分鐘。之所以稱之為“黑色”，是因?yàn)樽銐蝮@心動(dòng)魄：重達(dá)3780公斤的嫦娥“三姑娘”，要完全依靠自主控制，完成降低高度、測距、測速、選擇著陸點(diǎn)、自由落體著陸等一系列動(dòng)作。而在這期間，地面人工干預(yù)的可能性幾乎為零。

    720秒內(nèi)，由中科院上海技術(shù)物理研究所研制的激光測距敏感器和激光三維成像敏感器發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，它們既是“三姑娘”的“眼睛”，又是其成功落月的最大“功臣”。

    激光測距敏感器主要作用是在嫦娥飛入月球表面15公里軌道以后，全程監(jiān)測“三姑娘”與月面的距離，并“兼職”算出其落月的速度，從而不斷完成動(dòng)力下降階段對嫦娥“三姑娘”著陸姿態(tài)的控制，輔助其向著陸區(qū)降落。該儀器在嫦娥落月的過程中，每一秒就發(fā)射兩次激光，以此獲取精度在0.2米的月距高度。雖然操作原理一目了然、簡單易懂，然而在執(zhí)行的過程中，科學(xué)家們還是碰到了不小的麻煩。

    負(fù)責(zé)激光測距敏感器項(xiàng)目的研究員黃庚華回憶道，在預(yù)定著陸時(shí)間的前半個(gè)小時(shí)，激光測距敏感器就開機(jī)了，然而此時(shí)激光的光軸卻并未與月面建立垂直的關(guān)系，而是與著陸器一起以傾斜的姿態(tài)下降。“激光光束是‘擦著’月面斜射過去，很難測量出具體數(shù)據(jù)。站在指揮現(xiàn)場，遲遲看不到數(shù)據(jù)讓我們非常緊張。”直到“三姑娘”下降到距月面35公里左右時(shí)，屏幕上“跳出”了“40公里”的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們才松了一口氣。

    解決了“嫦娥”降落高度與姿態(tài)的問題，還要解決“往哪里落”的問題。“雖說虹灣地勢相對平坦，但表面仍然存在高坡、隕石坑、大石塊等諸多不確定因素，所以精確避障極為重要。”中科院上海分院副院長、上海技術(shù)物理所研究員王建宇表示。

    激光三維成像敏感器就承擔(dān)了為“三姑娘”精確避障、確定安全著陸區(qū)的“光榮使命”。負(fù)責(zé)激光三維成像敏感器項(xiàng)目的研究員徐衛(wèi)明介紹說，“在預(yù)定著陸時(shí)間的前4分半鐘，激光三維成像敏感器開機(jī)，待嫦娥到達(dá)距月面100米的懸停位置正式開始工作。它的主要任務(wù)是采集月面的三維圖像，將高于20厘米的石頭或低于20厘米的坑識(shí)別出來，從而在一個(gè)長寬都是50米的區(qū)域內(nèi)找出一個(gè)長寬都是10米的安全著陸區(qū)。”

    激光三維成像敏感器發(fā)揮作用的時(shí)間非常短，在“黑色720秒”中只工作了大約4秒鐘：前0.25秒用來完成掃描成像，剩下的約3秒時(shí)間完成計(jì)算。“嫦娥在距月面100米的位置最長的懸停時(shí)間只有30秒，在這個(gè)過程中，激光三維成像敏感器只有3次拍照機(jī)會(huì)。幸運(yùn)的是，我們第一次掃描就成功了。”徐衛(wèi)明高興地說。

    “最后100米的落月環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)最大、也是最不可控的。激光測距敏感器還有一次關(guān)機(jī)再開的機(jī)會(huì)，而激光三維成像敏感器如若出現(xiàn)問題，該功能將立即被放棄，嫦娥三號(hào)也只能直接降落，在這種情況下，無論底下什么情況都沒辦法補(bǔ)救，所以我們最擔(dān)心這一環(huán)節(jié)。”上海技術(shù)物理研究所研究員舒嶸說，“這次探月，我們到達(dá)了一個(gè)前人完全沒有去過的‘未知’區(qū)域。月面的特性，例如隕石坑、高坡等，我們其實(shí)并不知道它們具體在哪里。實(shí)際上，從后來傳回的照片可以看出，在著陸器正前方約10米的位置處就有一個(gè)很大的深坑。”

    激光三維成像敏感器及激光測距敏感器為嫦娥三號(hào)的落月提供了有利的技術(shù)保證，不僅增加了它們的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也表現(xiàn)了激光技術(shù)在太空領(lǐng)域所具備的重要性。