“嫦娥二號”攜帶七大儀器來完成四大科學(xué)重任

　　目前正環(huán)繞月球運(yùn)行的嫦娥二號衛(wèi)星，將在半年的既定時間內(nèi)，完成四項(xiàng)科學(xué)目標(biāo)：獲取分辨率優(yōu)于10米的月球表面三維影像、探測月球物質(zhì)成分、探測月壤特性、探測地月與近月空間環(huán)境。這四大目標(biāo)，將在嫦娥一號科學(xué)探測結(jié)果的基礎(chǔ)上獲得更加豐富、準(zhǔn)確的探測數(shù)據(jù)，為后續(xù)月面軟著陸及深空探測任務(wù)奠定重要的技術(shù)基礎(chǔ)，深化人類對月球的科學(xué)認(rèn)知。

　　擔(dān)負(fù)這四大科學(xué)重任的就是嫦娥二號衛(wèi)星隨身攜帶的有效載荷——執(zhí)行探測任務(wù)的七種儀器裝備：TDI—CCD立體相機(jī)、激光高度計(jì)、X射線譜儀、γ射線譜儀、微波探測器、太陽高能粒子探測器和太陽風(fēng)離子探測器。

　　TDI—CCD立體相機(jī)是新研制的，其余六種也都比嫦娥一號攜帶的有所改進(jìn)。它們的“體重”加起來只有140公斤(衛(wèi)星總“體重”為2480公斤，其中燃料為1310公斤)，經(jīng)過重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)，武藝更加高強(qiáng)。

　　立體相機(jī)、激光高度計(jì)

　　獲取月球表面三維影像

　　“嫦娥一號”攜帶的立體相機(jī)，是普通的CCD相機(jī)，中科院西安光機(jī)所經(jīng)過重新研制后，這次攜帶的是TDI—CCD相機(jī)，它采用多條線陣CCD對同一目標(biāo)多次曝光原理，可以滿足分辨率提高對相機(jī)曝光控制的要求，是我國相關(guān)載荷研制技術(shù)的一個重要突破，也是國際上首次在月球探測中使用。嫦娥二號環(huán)月飛行時遠(yuǎn)月點(diǎn)高度為100公里、近月點(diǎn)高度最低只有15公里，加上重新研制后如虎添翼，TDI—CCD相機(jī)把圖像分辨率從嫦娥一號的120米，提高到10米左右，在15公里軌道處甚至可以達(dá)到1米。

　　由于月球上既有數(shù)千米的高山，也有幾千米的深谷，光用CCD立體相機(jī)還不能精確測量出高山和深谷的高度、深度，需要激光高度計(jì)助力。

　　激光高度計(jì)相當(dāng)于激光雷達(dá)，可以打一束激光到月球表面，并接受反射光。這樣，通過計(jì)算激光返回時間，就可以獲得衛(wèi)星離月球表面的距離。嫦娥二號上的激光高度計(jì)經(jīng)過改進(jìn)，探測頻度由嫦娥一號的1秒鐘采一個點(diǎn)，增加到1秒鐘采5個點(diǎn)，相當(dāng)于衛(wèi)星繞月球每飛300米就有一個探測點(diǎn)，密度增加了5倍。

　　利用TDI—CCD立體相機(jī)可獲取分辨率更高的月球表面三維影像，結(jié)合激光高度計(jì)獲取的月表地形高程數(shù)據(jù)，可獲取月球表面高精度地形數(shù)據(jù)，為后續(xù)著陸區(qū)優(yōu)選提供依據(jù)；同時，也為劃分月球表面的地貌單元精細(xì)結(jié)構(gòu)、斷裂和環(huán)形構(gòu)造，提供原始資料。

　　X射線譜儀、γ射線譜儀

　　探測月球物質(zhì)成分

　　看清楚月球的長相之后，下一步就要了解月球上分布著什么元素，物質(zhì)的組成怎樣。人眼利用可見光通過顏色去分辨物體，X射線、伽馬射線的波長要比可見光短得多，利用這些射線可以用來分辨元素種類。

　　這次γ射線譜儀的探測晶體由原來的碘化銫，改為新的材料——溴化鑭，使探測靈敏度提高了1倍多；X射線譜儀的譜段，也由原來的10KeV—60KeV，縮小為25KeV—60KeV。這樣，就可以更好地探測月球表面9種元素——硅、鎂、鋁、鈣、鈦、鉀、釷、鈾的含量與分布特征，獲得更高空間分辨率和探測精度的元素分布圖。

　　微波探測器

　　探測月壤特性

　　探測月壤特性、估算其厚度，原本可以用雷達(dá)。但雷達(dá)功耗大，占用衛(wèi)星資源多，為此嫦娥一號和二號攜帶的都是微波探測儀。它實(shí)際上是只接收月面微波輻射的微波輻射計(jì)，所需能量雖小，卻可以接收4個頻段(3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz、37GHz)的月面微波輻射，不同的微波頻段，可以帶來月表下不同深度的月壤或月巖信息。

　　嫦娥二號的微波探測器沒有做太大改動。但是由于嫦娥二號的飛行軌道比嫦娥一號低，因此微波探測器天線波束在月面的覆蓋就會縮小，從而提高了探測的空間分辨率。這些新的數(shù)據(jù)，可以結(jié)合嫦娥一號微波探測器的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，獲得更準(zhǔn)確的月壤信息。

　　太陽高能粒子探測器、太陽風(fēng)離子探測器

　　探測地月與近月空間環(huán)境

　　任何一個航天器到了新的星球，必然要了解所處空間的未知環(huán)境，特別是太陽高能粒子和太陽風(fēng)，來保護(hù)自己的安全。太陽爆發(fā)時發(fā)出的帶電高能粒子和太陽風(fēng)即太陽噴發(fā)出的帶電低能量粒子流，都會導(dǎo)致衛(wèi)星及其有效載荷失靈。

　　嫦娥二號衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，正值太陽活動高峰年，是探測研究太陽高能粒子事件、CME(日冕物質(zhì)拋射，即太陽日冕中的物質(zhì)瞬時向外膨脹或向外噴射的現(xiàn)象)、太陽風(fēng)，及它們對月球環(huán)境影響的最佳探測時期。利用太陽高能粒子探測器和太陽風(fēng)離子探測器，可獲取行星際太陽高能粒子與太陽風(fēng)離子的通量、成分、能譜及其隨時空變化的特征，用來研究太陽活動與地月空間及近月空間環(huán)境的相互作用。為后續(xù)探月工程提供環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)。

　　需要說明的是，在嫦娥二號衛(wèi)星上，配合這七種有效載荷工作的還有一套管理系統(tǒng)，對這七臺儀器進(jìn)行指揮、控制、管理，并采集數(shù)據(jù)。其中的大容量存儲器為這次新研制的設(shè)備，它的存儲容量由嫦娥一號的48GB增加到128GB，而且吞吐速率更高，處理速度更快。這樣，會使七種有效載荷的工作效率更高、數(shù)據(jù)更可靠。

　　可以預(yù)見的是，嫦娥二號的科學(xué)探測結(jié)果，將非常值得期待。

　　(作者為中科院空間科學(xué)與應(yīng)用中心主任、嫦娥二號衛(wèi)星有效載荷總指揮，本報(bào)記者趙永新整理)

　　□鏈接

　　月球年齡與地球差不多，大約46億歲�；�本上是一個圓球體，體積相當(dāng)于地球的1/49，質(zhì)量相當(dāng)于地球的1/81，月面重力相當(dāng)于地面的1/6。月球表面溫差很大，白天可達(dá)107℃，晚上最低只有-153℃。月球自轉(zhuǎn)周期恰好等于它繞地球公轉(zhuǎn)周期，因此任何時間在地球上只能看到月球的一面。吳季