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这些激光技术助力嫦娥五号成功探月

信息来源:激光制造商情  发布日期:2021-01-29  浏览次数:2597

嫦娥五号探月任务是我国近期最重要航天项目,也是我国2020年航天发射活动的收官之作。11月24日,我国在中国文昌航天发射场,用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器。嫦娥五号探测器由着陆器、上升器、轨道器、返回器4部分组成。与我国以往探月任务不同,嫦娥五号既要落月探测,又要采样返回,任务更为复杂艰巨。

 

整个嫦娥五号探月取壤工程可谓是我国有史以来难度最大航天项目,凝聚我国众多最高科技的领域成果。12月17日,嫦娥五号返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆,经计算本次一共取得月壤挖得的月壤重1731克,也是人类过去40年里首次从月球取得月壤,探月工程嫦娥五号任务取得圆满成功。

 

光电技术为航天工程作出了重要贡献,其中本次探月活动里,激光技术也得到了多处应用体现。

 

中科院上海技物所负责研制嫦娥五号月球矿物光谱分析仪、激光测距测速敏感器和激光三维成像敏感器。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、激光三维成像敏感器是姿态控制(GNC)分系统的重要单机,是探测器能够成功软着陆月球表面的重要技术保障。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,有望实现国际首次在月球探测器软着陆阶段使用激光多普勒测速技术进行三个正交方向速度测量。激光三维成像敏感器将在探测器悬停时提供月面着陆区的精确三维图像。

                                              

                                                         激光测距测速敏感器测距??榧す馄鳎ㄖ锌圃荷虾9饣┩迹?/span>

 

其中“激光测距敏感器”核心测距器件——SPD-052型近红外增强型雪崩激光探测器由北方激光研究院自主研制。北方激光研究院2005年开始承担嫦娥系列卫星用激光探测器研制工作,陆续为嫦娥一号、二号的“激光高度计”和嫦娥三号、四号及这次登月的嫦娥五号的“着陆器激光测距敏感器”分系统提供激光探测器,该型SPD-052硅雪崩光电探测器在嫦娥五号落月过程控制中,实现激光回波接收,完成月面距离探测,产品在此任务中表现良好,指标精度满足要求,为嫦娥五号落月任务的顺利完成做出了贡献。

                                         

                                                                                       SPD-052型近红外增强型雪崩激光探测器

 

中科院上海光机所承担了两个系统中的核心组件——3台激光器的研制。在承担嫦娥三号、四号相关工作的基础上,嫦娥五号上有两款激光器实现了技术继承和升级:测距??橛眉す馄鞔踊吩陆锥慰脊ぷ?,通过大能量、窄脉宽激光来测量着陆器和月面的距离;三维成像敏感器激光器是在着陆器悬停时,利用高重频、窄脉宽脉冲激光瞬时对月面实施高精度三维成像,为选择精确的着陆点提供依据;激光器在减重20%的同时,满足了嫦娥五号更苛刻的振动力学要求。

为了让嫦娥五号着陆更加平稳,首次在着陆器上增加了测速???,中科院上海光机所设计了首个在着陆器上使用的窄线宽光纤激光器,实现了窄线宽(kHz量级)、低强度噪声的激光输出,从落月阶段开始工作,通过探测激光回波的频率信息来测量着陆器相对月面的速度,实现了空间应用系统从能量探测模式向频率探测模式的开拓。

3款激光器从远至近陆续开启,从继承到开拓,为嫦娥五号任务的顺利完成提供强有力支撑,为国家的深空探测和空间科学做出贡献。

 

12月6日5时42分,嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接,并于6时12分将样品容器安全转移至返回器中。这是我国首次实现月球轨道交会对接。中国科学院光电技术研究所(以下简称光电所)研制的激光雷达在本次月球轨道无人交会对接任务中圆满完成任务。

 

光电所研制的激光雷达敏感器,在中近距离自动捕获上升器,实现对上升器的激光精密跟踪,完成上升器相对轨道器的位置和姿态高精度测量,并将轨道器和上升器的相对距离、距离变化率、相对姿态角度、角度变化率等信息实时地传送给轨道器控制器,帮助轨道器不断调整姿态,与上升器靠近并最终实现精准对接,圆满完成本次月球轨道无人交会对接任务。

                                              

                                                                       光电所提供的激光雷达主机(光电所供图) 

嫦娥五号的工作已经为我国下一步探月工程作出了良好的铺垫,带回的月球土壤也会继续增加我们对月球发展历史、成分结构的认识。探月工程的成绩代表着我国正在迈向航天强国。

 

 

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