八年守望确保万无一失 嫦娥月背着陆的故事 | 嫦娥再探月

编者按：

前不久，嫦娥六号任务圆满完成。在这趟旅途中，嫦娥六号能顺利完成任务，离不开激光测量设备“全家桶”的帮助。

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嫦娥六号的“三只眼”

前不久，嫦娥六号着陆器成功着陆于月球背面的南极——艾特肯盆地。在动力下降的20分钟里，激光测距敏感器、激光测速敏感器、激光三维成像敏感器三台激光导航单机全过程表现完美，缓降、避障平移操作一气呵成。

而这顺利丝滑降落的背后，并不是看上去的那么简单。

▲软着陆动力下降段示意图

着陆月球是一个充满危险的旅程。自人类开启月球探测之旅以来，不少探测器折戟在安全软着陆阶段。

近年来，不少国外的探月项目就“倒在”了这最后一步上。甚至就在今年，某国家的月球探测器由于激光测距仪问题，导致软着陆最后阶段，着陆器侧翻在月球表面，探测任务草草收场。

嫦娥六号上搭载的这三台敏感器，由中国科学院上海技术物理研究所（以下简称上海技物所）科研人员研发，名字虽然相似，功能却各有不同，为嫦娥六号提供了全方位保护，保障其顺利降落到月背。

▲激光测距敏感器

这三台设备中的激光测距敏感器和激光测速敏感器通过向月面发射激光脉冲，精准测量着陆器和月面间的距离和速度信息，引导着陆器平稳着陆。只有落稳了，着陆器上的上升器才能在月面垂直发射并稳步返航。

▲激光测速敏感器

激光三维成像敏感器则类似车载激光雷达，在嫦娥六号距离月面100米的悬停阶段，不到0.2秒就完成整个着陆区三维地形的扫描，为寻找安全着陆区提供精准的三维图像。在这个安全区内，要尽量避开超过两个拳头大的石块，否则可能造成嫦娥六号“摔跤”。

▲激光三维成像敏感器

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互为备份确保安全

嫦娥六号采用了异源备份方式。这种备份方式强调使用多种工作模式迥异的导航设备互为备份，避免由于某个特殊的共性问题引发同类设备整体失效。

前不久，某国的“奥德修斯”着陆器两台互为备份的激光测距仪，就是由于未解锁激光发射保护镜头而全部失效，成为反面案例。

▲侧翻于月面上的“奥德修斯”着陆器

这也是嫦娥六号同时配置激光测距测速敏感器与微波测距测速敏感器的意义。两者可通过激光和微波两种手段精确获取距离月面的垂直距离和多方向速度。

同理，为了弥补可见光相机易受光照影响、无法评估斜坡风险等级的缺点，上海技物所研发了激光三维成像敏感器，让嫦娥六号在进入100米高度的精避障阶段后，能够对着陆区域地形进行快速三维扫描。

这样嫦娥六号可以根据实时生成的三维地形，自动躲避陨石坑、斜坡等不利地貌。如果该区域范围均无法满足安全着陆要求，着陆器携带的燃料还可支持约三次着陆区更换机动。

这项激光避障技术早在2013年嫦娥三号任务中就实现了国际首次深空软着陆领域应用，保障了我国历次软着陆任务在崎岖地貌和复杂光照条件下100%的着陆成功率，也是未来执行月球两极永久阴影区探测任务的利器。

▲嫦娥三号任务激光三维成像敏感器获取的着陆区地面三维图

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八年守望确保万无一失

其实，激光“全家桶”早在2016年就已完成生产，经历了近8年的地面存储。在这过程中，微腔内气体的挥发和沉积、气密组件密封橡胶的老化，甚至芯片管脚焊料的杂质腐蚀等风险都会随着时间的延长而逐渐扩大，由细微的量变积累为关键时刻的质变。

为保证任务万无一失，上海技物所的科研人员除了确保存储条件恒温恒湿外，还制定了周密的定期复查计划，在海量的测试数据中寻找可能表征性能退化的蛛丝马迹，将万分之一的风险及时消除在发射之前。

未来的嫦娥七号等任务均配置了激光“全家桶”，继续挑战在月球南极撞击坑和永久阴影区内的科学探索任务。

来源：中国科学院上海技术物理研究所

责任编辑：宋同舟 曹旸