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有了这个神器,“嫦娥”探月更精准

发表于 2019-11-08 11:06:17

在最近于上海举行的第21届中国国际工业博览会上,中国科学院展区的一个玻璃罩展品吸引了许多参观者前来参观。

展品是深灰色的,大尺寸,正方形,直立,有一个像镜头一样的突出物,乍一看有点像老式相机。据现场的中国科学院工作人员称,它们是中国科学院上海技术物理研究所开发的“太空文物”,使嫦娥四号“亮眼”并准确探测月球——“月球软着陆激光导航避障传感器”,又称“激光眼”。

“月球背面软着陆激光导航避障传感器”看起来很丑,但功能非常强大。这不是口惠而实不至,而是其成就所证明的——这是世界上第一次将高精度实时导航和三维避障载荷纳入月球背面软着陆任务。它成功地保证了嫦娥四号在月球背面南极艾特肯盆地冯卡门撞击坑区的安全着陆。值得骄傲的是,与国际设备相比,中国是第一个使用这项技术的国家,其主要技术指标处于国际领先水平。

上海理工大学物理研究所表示,他们的研究团队在十多年前根据中国月球探测项目的规划进行了研究。这是世界上第一次使用激光技术来获取探测器和月球之间的距离以及着陆区的地形。在多年解决关键问题后,该团队于2012年解决了关键技术和设备问题,并于2013年帮助嫦娥三号探测器成功登陆月球。

与嫦娥三号不同,嫦娥四号选择了人类从未征服过的月球背面。与月亮前面相比,月亮后面的地形更加崎岖不平,起伏不平。只有南部的一个大型撞击坑相对平坦,因此月球探测器软着陆的条件更加复杂。

“月球软着陆激光导航避障传感器”的测距组件作为嫦娥四号的“激光眼”,在离月球数十公里时启动早,采用多级光学增益和电子增益相结合的综合控制方法,能够自主适应月球角度变化0-90度、着陆时高度波动30-15米的复杂月球环境,精确测量精度为6厘米。

根据“激光眼”的相关信息,嫦娥四号探测器调整了速度和方向。在离月球100米的距离上,探测器进行了成败的悬停,准备利用这个短暂的时间窗口快速了解着陆区的地形,选择一个安全的着陆地点。在这个关键时间窗口内,三维成像模块使用16束激光束高速扫描50米×50米的月球背面着陆区,在0.25秒内获得分辨率为0.2米的三维地形图像。

“激光眼”的成功因素有两点:一是快速,二是准确。开发商说,0.25秒完全反映了速度,而识别0.2米小凹坑和石头的能力确保了准确性。此外,与图像和微波技术相比,激光导航具有更强的环境适应性和更好的稳定性。此外,它的快速反演算法可以将预处理时间压缩到4秒以下,比现有商用激光雷达的测量时间好得多,约为10分钟至1小时。

据悉,未来,“激光眼”将继续护送未来嫦娥五号和嫦娥六号的精确探月。此外,这种激光导航避障传感器预计也将在“九天”后“接地”。据消息来源称,研发团队目前正在与一些合作伙伴一起探索无人驾驶船只、自主车辆等领域的应用。

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