嫦娥三号探月使用多种激光技术

      2013年12月22日凌晨，在地面的控制下，嫦娥三号着陆器与“玉兔”号月球车进行了第5次互拍，并首次传回着陆器携带五星红旗的清晰全景照片，两器互拍任务圆满结束。随后，月球车“告别”着陆器，开始月面测试工作，并前往更远的区域。在首次月夜前，嫦娥三号着陆器和月球车将分别继续开展就位探测和月面巡视勘察。

     本次嫦娥三号能够成功实现软着陆对于中国航天工业来说是巨大的进步，这背后包含着众多的先进技术，其中就有激光技术。先进的激光技术在本次登月活动中扮演着“眼睛”的作用，帮助嫦娥三号成功度过黑色720秒。

　　1、安光所技术护航嫦娥三号成功软着陆

　　安光所在此次登月任务中承担“7500N变推力发动机羽流对CE-3激光敏感器影响分析”课题任务，为嫦娥三号在月球虹湾区成功实现软着陆，发挥了重要技术保障作用。

　　嫦娥三号软着陆，是从15公里高度开始，在11分钟的落月过程中，依靠自主控制，通过一台7500N变推力发动机在落月运动的反方向作用下实现减速，历经了主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段、缓速段等6个阶段。在距离月面100米高度时，探测器暂时停下脚步，利用发动机的反推力作用悬停，使用激光测距敏感器和三维成像敏感器获取月面区域的激光三维图像，以躲避障碍物为安全软着陆选择合适地点。

　　安光所大气光学研究中心自2009年承担7500N变推力发动机羽流对激光敏感器影响的研究工作以来，通过理论分析、数值仿真和地面实验验证，细致分析论证了1500N至7500N变推力发动机羽流场对嫦娥三号激光敏感器的测距和三维成像精度的影响，为激光敏感器的测距和月表激光成像校正，以及嫦娥三号安全着陆点的选择提供了技术保障。

　　2、激光“慧眼”助嫦娥三号稳稳着陆

   嫦娥三号着陆过程中使用了我国自主研发的激光测距和激光三维成像敏感器，上世纪六七十年代激光技术没有达到这个程度。嫦娥三号探测器80％的技术和产品都是新研的。

 “激光测距敏感器在着陆前30分钟开机工作，激光三维成像敏感器在着陆前5分钟开机，在距离月面100米悬停阶段工作，两个产品圆满完成了测距和精避障任务。”昨晚，在北京飞行控制中心执行完嫦娥三号着陆器软着陆任务的中科院上海技术物理所研究员舒嵘回到驻地后与记者电话连线，讲述了他的任务执行过程。话语中，仍带着成功的兴奋。

　　一直测量到仅距十几米时

　　“通过相关电流和温度的反馈数据，我们可以知道它们有没有顺利开机。”舒嵘说。当两个敏感器处于关机状态时，电压为零，开机后电压达到了预测的数值。温度也达到了20摄氏度，这是最适合它们工作的温度。

　　嫦娥三号着陆器能否安全软着陆，中科院上海技术物理所研制的激光三维成像敏感器和激光测距敏感器起了关键作用。舒嵘说，这就像飞机驾驶中需要的高度计一样。在距离着陆时间30分钟左右，激光测距敏感器开机，测到当时着陆器到月球的距离是40多公里。它一直工作到距离月面仅十几米时。

　　几秒之内算出一个避障结果

　　激光三维成像敏感器的任务主要是在悬停阶段精避障。形象地说，它就是嫦娥三号的“慧眼”。舒嵘说，最后的数据显示，悬停的高度在98米。这时激光三维成像敏感器开始工作。

　　“虽然我们拿不到图像，但它算完一个避障结果，将这个值返回到地面，就说明它找到合适的着陆地点了。”舒嵘介绍，这个时间非常快，它获得信息一共只有250毫秒，处理时间也就是在几秒钟之内。
较嫦娥一号进步巨大

　　激光测距敏感器继承了嫦娥一号激光高度计的技术，在此基础上有所改进。一是精度从原来的5米提升到了0.2米，二是大幅“瘦身”，重量从原来的15.5公斤降到7.5公斤，这是因为嫦娥三号既要着陆又载有巡视器，对整机重量的要求比较苛刻。

　　激光三维成像敏感器上有一个非常重要的光源叫光纤激光器，它是由中科院上海光学精密机械研究所研制的。这个光源重复频率高、脉宽窄，抗震动能力强。嫦娥三号着陆时，要使用7500牛的发动机反推，会产生较大震动，必须对这一点有所规避。舒嵘说，光纤激光器在国际上都属于领先水平，进入太空更是国内首次。

　　3、嫦娥三号着陆器激光3D测量系统器件珠海造

　　珠海国家高新区一家原本默默无名的科技创新企业——光库通讯，近日因嫦娥三号成功登月成为媒体关注的焦点。据悉，该企业为硅谷的海归博士王兴龙“掌帅”，被其自称为“‘芝麻大’小企业”。不过就是这家“芝麻企业”，为嫦娥三号着陆器激光3D测量系统提供了自主研发生产的核心器件，以精确测量实现了着陆器在月球上的平稳着陆。

　　“承担这样的国家项目是荣誉”

　　“我非常激动，心里也轻松了很多。”在珠海高新区创业5年的光库通讯总经理王兴龙博士回忆起嫦娥三号成功着陆月球虹湾以东区域、着陆器与巡视器分离、“玉兔号”巡视器顺利驶抵月球车的那几个已载入历史的瞬间时不禁说道。

　　据了解，在嫦娥三号着陆器的激光3D测量系统中，安装着由光库通讯研发生产的五类核心器件，能够精确测量着陆车与凹凸不平的月球表面之间的距离。嫦娥三号成功着陆，也说明光库的这些核心器件经受住了太空辐射、高低温变化、真空环境及震动等苛刻条件的挑战。

　　“承担这样的国家项目是荣誉，需要做到万无一失的责任心。”王兴龙说。经历严格的筛选，从被选为嫦娥三号配件供应商到通过节点检查、产品可靠性测试、针对性改良等要求极为严格的多项环节，在一年半的时间内，光库共集合12名工程师的力量参与，攻破若干技术难关，最终完成任务。该公司技术总监卢建南表示，从对原材料的采购、工艺改良至最终出成果，需要具有相当的技术与项目管理水平作为基础。

　　“如果再做选择还会来到珠海”

　　2007年底，王兴龙出任光库通讯总经理，从硅谷引入业内最强技术团队，自主研发高速光网络核心模块。此前，他曾担任纳斯达克上市公司OPLINK全球运营副总裁、美国激光及追溯公司TELESIS中国区总经理。

　　王兴龙曾协助光库通讯的最初投资人在美国成功创业，对方一番“你不来，光库可能就倒了”的话，激他来到珠海，接手全部员工不超100人、效益明显下滑的光库通讯，开始二次创业。因为投资人早年生活于香港，希望寻找与香港具地缘接近性的地方，而比较之下，珠海的环境、物价水平都让人满意。

　　“我们只不过是芝麻大的小企业，可是政府部门还是帮助我们很多。”他体验在珠海的“好”，除了环境，还在于能给予更多人文关怀，包括高新区帮助设立博士后工作站，并提供每位博士后每月1万元左右的政府补贴。由于光库目前50%的生产订单来源于客户定制，对人才与技术的要求相当高，补贴提高了对核心研发人才的待遇，吸引来自国防科大、华中科技大学等高校的4位博士后驻站，对公司保持技术研究水准发挥重要作用。

　　王兴龙表示，最初想把光库通讯搬到北京、深圳等城市，后来综合比较环境、优惠政策等因素，还是留在了珠海，并通过引进硅谷研发团队增强创新实力。他透露，公司员工人数约为270余人，近6年销售额共计增长近10倍，同时已有20%以上的订单来自于国内，其中包括嫦娥三号的订单，并预计未来两年销售额将迅猛增长。而在2008年他接手光库后不久，则因国际金融危机爆发，三大客户订单全部丢失。“如果再做一次选择，我应该还是选择珠海。”

　　4、“嫦娥三号”在月球软着陆的关键技术源自华科大

　　）“嫦娥三号”成功落月，是中国航天事业取得的又一个里程碑式的成就。记者从华中科技大学获悉，“嫦娥三号”实现在月球软着陆的关键技术，是由该校自动化学院院长曹治国教授和他的科研团队贡献的。

　　月球表面存在陨石坑、岩石、裂缝、斜坡等危险地形，“嫦娥三号”着陆时人工几乎无法干预，只能自主识别障碍，寻找到安全着陆区域。2010年，曹治国带领9名博士生和硕士生参与了“嫦娥三号”软着陆关键技术攻关及着陆器测速技术等工作。他们承担的任务包括：在“嫦娥三号”接近月球时，利用光学成像敏感器获取的图像，研究月面障碍物检测和安全着陆区域选择算法；在“嫦娥三号”悬停时，利用激光三维成像敏感器获取的数据，研究月面障碍物检测与规避、确定着陆安全点的算法。