精确到厘米级 我国率先实现白天地月空间卫星激光测距｜封面科考队

封面新闻记者 张峥

实施登月计划等深空探测计划，离不开精密测量技术。地月空间卫星激光测距是地月距离尺度内精度最高的测量手段，其技术难度堪比精准命中万米外移动的发丝。

4月26日-27日，我国科学家打破夜晚观测的时间窗口限制，在国际上首次实现白天地月空间卫星激光测距。试验由部署在地面的1.2米望远镜发射激光，激光经距离地球13万公里的天都一号卫星反射，再由1.2米望远镜捕获该激光回波信号，从而测出地月卫星空间距离。

云南天文台1.2米望远镜

“这是我国在深空轨道精密测量领域取得的一个新的技术突破。” 此次试验由深空探测实验室牵头，上海卫星工程研究所、中国科学院云南天文台、上海天文台、中山大学及北京航天飞行控制中心等单位共同参与。这一次技术突破将有助于提升地月空间导航定位能力，有力支撑国际月球科研站等后续深空探测重大工程任务论证与实施。

如何用激光进行地月空间测距？“瞄准万米外移动的发丝”，科学家是怎么做到的？5月2日，中国科学院云南天文台应用天文研究团组研究员李语强、青年高级工程师张海涛接受了封面新闻记者的采访。

激光测距 深空探测的高精度“尺子”

李语强告诉记者，地月空间测距的方式包括传统无线电、VLBI（甚长基线干涉测量）、微波测距、激光测距等。激光测距是地月距离尺度内，精度最高的测量手段。“激光测距的精度目前是厘米级，未来将向毫米级发展，可以研究更多物理问题。”李语强介绍。

“这次测量，激光往返的地月空间距离约为13万公里，激光往返时间不到1秒。”激光测距最大的难点是，距离越远，信号越弱。为了捕捉到激光信号，需要不同部门之间的协调。例如，要让卫星对准地球，就要对卫星进行调姿，并提前对卫星轨道进行预测。

地面望远镜对准地月空间卫星，开展激光测距

位于昆明的中国科学院云南天文台地面站通过优化望远镜指向，建立局部高精度指向模型后，使1.2米望远镜能够精确对准天都一号地月空间卫星。“我们的望远镜采用了共光路模式，即发射和接收共用同一个光路，这样能确保打出去和收回来的激光光路基本保持一致。另外我们还提前研究了微弱信号识别处理方法，以确保强背景噪声下把微弱信号提取出来，实现打得准，收得回，识得出。”

国际首次实现 白天地月空间卫星激光测距

北京时间4月23日凌晨，中国科学院“地月空间DRO探索研究”A类战略性先导科技专项通过DRO-A卫星单角锥反射器与中国科学院云南天文台1.2米口径望远镜地面激光测距系统，成功开展距离约35万公里的卫星激光测距新技术试验，这是我国首次实现地月距离尺度的卫星激光测距。本次新技术试验由中国科学院空间应用工程与技术中心组织实施，上海天文台负责星载反射器研制，云南天文台负责地面激光测距系统研制，微小卫星创新研究院负责卫星平台研制。“这项试验在夜间进行，持续了2.5小时。但前期准备经过了大约2年。”李语强介绍。

4月26日-27日，由深空探测实验室牵头的白天地月空间激光测距技术试验，在国际上首次打破地月空间卫星激光测距仅能在夜晚观测的时间窗口限制，标志着我国在深空轨道精密测量领域取得技术新突破。

白天、夜晚激光测距接收信号差异

夜间测距与白天测距有什么不同，如何克服技术难点？“实现白天精准测距，将地月空间卫星激光测距观测窗口从夜晚拓展至白天，这样观测弧段增加，可以提高定轨精度，为激光测距技术推广应用提供了工程实践基础，将有力支撑我国深空探测重大工程任务的论证与实施。”张海涛介绍。

这次试验在云南天文台月球激光测距平台上进行，采用近红外激光技术，优化了光学结构、白天测距控制、望远镜精确指向、微弱信号探测和识别等关键技术，提高了系统整体探测效率和各方面性能。

“我们利用光学、硬件、软件等三重滤波技术，将进入到探测器的噪声尽量降到最低，解决了白天强背景噪声下，极微弱信号的探测和实时识别。”

张海涛说：“厘米级精度有助于提高航天器的定轨精度，更精确地确定其运行轨道。厘米级精度为月球基地、深空探测提供定位基准。简言之，它是深空探测的‘高精度尺子’，能让人类走得更远、更准。”