上海技物所研制的载荷功不可没,嫦娥六号世界首次携月背样品返回地球

这是全球瞩目的一刻！6月4日上午，嫦娥六号世界首次在月球背面采样返回地球。

由中国科学院上海技术物理研究所研制的激光测距测速敏感器和激光三维成像敏感器，为嫦娥六号落月充当“开路先锋”；月球矿物光谱分析仪对着陆采样区进行光谱探测和矿物组成分布分析，特别具备了对月球水检测的能力。

自主软着陆的避障技术是国际上深空探测研究的热点和难点，也是未来载人登陆的关键技术。激光测距测速敏感器、激光三维成像敏感器是嫦娥六号姿态控制分系统的重要单机，安装在着陆上升组合体上，在着陆下降段开始工作，可持续为着陆导航分系统提供相对于月面的距离、速度信息，以及着陆器的高精度三维图像信息，保证嫦娥六号安全可靠着陆。

“着陆器和月球之间的距离和速度信息是落月时的一个核心参数。”上海技物所月球与深空探测系列载荷指挥舒嵘研究员介绍，上海技物所研制的两台激光敏感器，实现了一气呵成的“接力”。

先是激光测距敏感器在距离月面15千米时开始工作，向月面发射激光脉冲，通过测量月面回波脉冲信号与激光发射脉冲信号的时间间隔，获得着陆器相对月面的距离，为着陆器导航分系统提供从动力下降段至软着陆段的高精度测距数据；接着，激光测速敏感器在距离月表4米-3千米的阶段，不断获取从3个方向发射的激光波束与月表之间的速度数据，并将速度数据传输给着陆器导航分系统。

激光三维成像敏感器则在探测器悬停时提供月面着陆区的精确三维图像。该仪器在着陆器100米悬停时开始工作，在0.25秒内获取30°×30°视场图像，单幅图像激光点云达到20万点，全视场测距精度优于5厘米。正是利用这一激光三维图像，着陆器导航分系统选取安全着陆点进行软着陆。

由于月球公转和自转时间同步，这导致月球的一个面永远无法面向地球。

此前全世界已有过多次月球正面采样返回，而嫦娥六号降落在月球背面的南极——艾特肯盆地东北侧，那是太阳系已知最古老的撞击盆地，可能存在更古老的月壤。

“一般红外探测器都在低温环境工作，但月球矿物光谱分析仪开机工作时，月表温度高达50-70℃，这一问题困扰我们很长时间，后来通过优化光机隔热，进行真空不同温度条件下的响应定标与数据处理修正，达到数据的一致性。”嫦娥六号月球矿物光谱分析仪副主任设计师徐睿副研究员介绍。

上海技物所实现了月球表面原位高分辨率光谱实时探测，为破解与揭示月球起源与演化等科学难题提供了独特的新视角。月球矿物光谱分析仪可实现对采样点定向的精细探测，以及对着陆采样区全视场多光谱扫描的覆盖勘测，不仅可实现光谱探测和矿物组成分布分析，还具备检测月球水的能力。

【“冻龄”6年依旧“宝刀未老”】

值得一提的是，作为嫦娥五号的备份，嫦娥六号的一些载荷存储了6年之久，此次亮相“宝刀未老”。

“说起来，早在七八年前，我们所就研制出了软着陆的自动避障技术，比现在的自动驾驶技术还要早。记得当时在模拟场景做了很多月球环形山，可以分辨20厘米的石块。”嫦娥六号激光三维成像敏感器主管设计师李铭研究员说，“不过存储了这么长时间，如何保证还能正常使用，是我们面临的最大挑战。”

首先，存储的环境必须恒温恒湿；其次，每半年需检测一次。对于这些光机电复合体的检测，除了光学复测，还需要考虑老化问题。

经检测，所有载荷似乎都“冻龄”了，均满足交付条件。尽管激光测速敏感器只有一个能量参数下降，为确保万无一失，进行了重新研制，研制团队仅用3个月就完成了正样产品生产交付。