“美國(guó)人登陸月球是閉著眼睛下去的，我們則是睜著眼睛下去的。” 探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁院士形象地說(shuō)。

北京時(shí)間 2019 年 1 月 3 日上午 10 點(diǎn) 26分，嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器在經(jīng)過(guò) 26 天的等待之后，終于著陸在了月球背面南極-艾特肯盆地內(nèi)的馮?卡門(mén)撞擊坑內(nèi)，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)探測(cè)器首次在月球背面軟著陸。嫦娥四號(hào)還通過(guò)“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。這也意味著通過(guò)中繼衛(wèi)星，地球正式與月球背面建立了聯(lián)系。

“美國(guó)人在探月方面最大的成就是成功建立起月球與地球之間激光通信。現(xiàn)在中國(guó)人是要建立起月球背面與地球之間的通信，這是人類(lèi)首次?！?中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇院士在接受第一財(cái)經(jīng)獨(dú)家采訪時(shí)表示。

在嫦娥四號(hào)探測(cè)器上有三大裝備——激光測(cè)距敏感器、激光三維成像敏感器和紅外成像光譜儀，并且?guī)椭隙鹚奶?hào)順利降落在月球背面。王建宇院士團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)這三大設(shè)備的研制。

他還對(duì)記者透露，1月4日月球車(chē)將會(huì)打開(kāi)，里面所安裝的 “紅外眼”——紅外成像光譜儀就將開(kāi)始兩棲對(duì)拍以及后續(xù)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探測(cè)。

“自動(dòng)駕駛”助力嫦娥安全落月

“從嫦娥三號(hào)在月球的虹灣實(shí)現(xiàn)軟著陸開(kāi)始，我們的探測(cè)器就是‘睜著眼睛下去的’。”王建宇院士對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，“這依靠的是探測(cè)器上安裝的激光遙感技術(shù)，這也是目前人類(lèi)登月過(guò)程中使用的最為先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備?！?/span>

王建宇院士介紹，嫦娥四號(hào)探測(cè)器上包括激光測(cè)距敏感器、激光三維成像敏感器和紅外成像光譜儀三大裝備，就像一雙雙睜大的眼睛，望向月球，并且?guī)椭隙鹚奶?hào)順利降落在月球背面。

“激光測(cè)距敏感器和激光三維成像敏感器是落月過(guò)程中必不可少的‘眼睛’，是確保探測(cè)器安全著陸最關(guān)鍵、最核心的技術(shù)裝備。”王建宇院士向第一財(cái)經(jīng)記者介紹道，“有了它們，探測(cè)器就能準(zhǔn)確地知道自己每時(shí)每刻距離月球表面的距離，并且清楚地看到著陸區(qū)域的地形地貌，從而尋找到安全的著陸地點(diǎn)?！?/span>

據(jù)介紹，激光測(cè)距敏感器就像是一臺(tái)高性能的“倒車(chē)?yán)走_(dá)”，在嫦娥四號(hào)著陸器距離月面15千米高度時(shí)，激光測(cè)距敏感器開(kāi)始工作，每秒向月面發(fā)射兩次激光脈沖，通過(guò)測(cè)量月面回波脈沖信號(hào)與激光發(fā)射脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，獲得嫦娥四號(hào)著陸器相對(duì)于月面的精確距離，測(cè)量精度在0.2米之內(nèi)。

“在著陸器下降到距月面約8000米時(shí)，它的姿態(tài)發(fā)生調(diào)整，激光測(cè)距敏感器也將隨之切換測(cè)距方向，直到完成平穩(wěn)落月。”王建宇告訴第一財(cái)經(jīng)記者，“嫦娥四號(hào)激光測(cè)距敏感器的激光光源、探測(cè)器、高壓電源等核心元部件均為國(guó)產(chǎn)自研，并進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的集成化、輕量化程度?！?/span>

難度更大的工作在于探測(cè)器在非常接近月球表面時(shí)往哪里著陸比較安全。王建宇院士對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，過(guò)去探測(cè)器著陸都是“閉著眼睛”，720秒的著陸過(guò)程被人們稱(chēng)為“黑暗時(shí)刻”，但是有了中國(guó)自主研發(fā)的最新的激光三維成像技術(shù)之后，就解決了嫦娥四號(hào) “落向哪里”的問(wèn)題，幾百秒的“黑暗時(shí)刻”可以重見(jiàn)光明。

據(jù)介紹，雖然嫦娥四號(hào)的預(yù)定著陸區(qū)艾特肯地區(qū)較為平坦，但表面仍然存在高坡、隕石坑、大石塊等諸多不確定因素，精確避障極為重要，激光三維成像敏感器就能幫助其精確實(shí)現(xiàn)避障。

具體的操作方式是當(dāng)嫦娥四號(hào)到達(dá)距月面100米的懸停位置時(shí)，激光三維成像敏感器開(kāi)始工作，包括采集月面的三維圖像，精確識(shí)別出高于15厘米的石頭或低于15厘米的坑，確保探測(cè)器降落在安全區(qū)域。

“這些精細(xì)的掃描成像工作，只需短短幾秒就完成了?！蓖踅ㄓ钤菏繉?duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，“我國(guó)在幾個(gè)航天大國(guó)中較早地把激光三維成像技術(shù)用于月面著陸，目前應(yīng)用非常成熟?！?/span>

以上兩個(gè)設(shè)備屬于工程設(shè)備，解決了嫦娥“落月”的問(wèn)題。當(dāng)成功著陸后，未來(lái)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探測(cè)才真正開(kāi)始。為此，王建宇院士團(tuán)隊(duì)還為首次到達(dá)月球背面的月球車(chē)裝上了“紅外眼”——一個(gè)重量不到6千克的紅外成像光譜儀，這臺(tái)儀器能夠通過(guò)獲取精細(xì)光譜信息，幫助科學(xué)家識(shí)別月壤及月面巖石的成分。有了它，月球車(chē)走到哪里，這雙“眼睛”就望向哪片月面。王建宇院士介紹稱(chēng)，嫦娥四號(hào)紅外成像光譜儀不僅集成最新遙感技術(shù)，還成功實(shí)現(xiàn)輕小型化，綜合性能優(yōu)于歐美同類(lèi)產(chǎn)品。

往返地月 飛向火星

王建宇院士向第一財(cái)經(jīng)記者介紹道，紅外成像光譜儀將于1月4日開(kāi)始工作，并進(jìn)行月球表面物質(zhì)樣本的圖片采集?！澳壳版隙鹚奶?hào)發(fā)回什么樣的圖片和探月真正的科學(xué)意義可能還存在矛盾。”王建宇院士對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，“目前傳回的照片只是為了說(shuō)明‘我到了月球上’，象征意義更大，但是未來(lái)要實(shí)現(xiàn)其科學(xué)意義，比如探測(cè)地面的光譜等，還需要很長(zhǎng)時(shí)間的積累。”

嫦娥四號(hào)的“落月”也標(biāo)志著我國(guó)探月工程的第二階段順利完成。未來(lái)的三期工程將由嫦娥五號(hào)任務(wù)組成，實(shí)現(xiàn)月面自動(dòng)采樣返回的科學(xué)目標(biāo)，并開(kāi)展月球樣品的地面分析研究。嫦娥五號(hào)探測(cè)器預(yù)計(jì)將在今年下半年發(fā)射前往月球，并帶回采集的樣本——這將是自1976年以來(lái)的首次。

王建宇院士表示，嫦娥五號(hào)在未來(lái)發(fā)射后的幾年內(nèi)就將返回地面。“這也將實(shí)現(xiàn)人類(lèi)探測(cè)器首次登陸月球并返回地球的壯舉。”王建宇說(shuō)道。同時(shí)，中國(guó)還在考慮載人登月任務(wù)。

“人類(lèi)首次在月球背面的著陸固然意義重大，也象征著中國(guó)在航天技術(shù)能力方面的提升，下一步我們還將繼續(xù)探索在火星的‘探’與‘落’。”王建宇院士對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，“但是在火星探測(cè)方面，美國(guó)的實(shí)力仍然絕對(duì)領(lǐng)先我們，當(dāng)然中國(guó)近幾年也在加速趕上。”

除了登月計(jì)劃，人類(lèi)對(duì)火星的探索也從未終止。去年5月美國(guó)國(guó)家航天局NASA向火星發(fā)射了InSight探測(cè)器，在歷時(shí)6個(gè)月的旅行后，InSight探測(cè)器已于去年11月26日在火星著陸，并將于今年3月完成所有儀器的科學(xué)配置，并開(kāi)始地質(zhì)勘探。

相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在過(guò)去50年里，人類(lèi)發(fā)射的全部著陸器和漫游車(chē)只有約40％安全地降落到火星表面，而且在所有嘗試發(fā)射的國(guó)際太空機(jī)構(gòu)中，只有NASA的探測(cè)器成功在火星上著陸。

歐洲也在加大對(duì)火星的勘探投入。去年7月26日，《科學(xué)》雜志刊登了一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，意大利科學(xué)家通過(guò)歐洲航天局的“火星快車(chē)” （Mars Express）探測(cè)器的雷達(dá)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)到了在火星南極1500米冰蓋下的大面積液態(tài)湖泊。據(jù)分析，這片湖泊至少有幾米深，直徑約20公里，這一發(fā)現(xiàn)也成為火星探索旅程中的重大突破，不僅為火星的生命搜尋提供關(guān)鍵證據(jù)，還為數(shù)十億年間的火星環(huán)境的轉(zhuǎn)變提供了新的線索。