嫦娥舞天際，太空有神探
——訪探月工程副總設(shè)計師孫輝先與地面系統(tǒng)總設(shè)計師李春來

    新華社北京９月２１日電（余曉潔 蔡金曼 張軼楠）再過１０天，嫦娥二號將迎來翱翔寰宇一周年紀念日。日前，她從距離地球１７２萬公里的“天外”傳回了第一批珍貴的深空探測數(shù)據(jù)。

    是什么樣的秘密武器幫助嫦娥二號捕獲了太空訊息？科學家在地面如何跨越遙遠的距離準確接收到這些數(shù)據(jù)？

    ２１日，新華社記者就此專訪了探月工程副總設(shè)計師孫輝先與地面系統(tǒng)總設(shè)計師李春來。

    嫦娥二號“眼”更尖，“耳”更靈

    問：嫦娥二號的有效載荷有哪些技術(shù)創(chuàng)新？

    孫輝先：嫦娥二號原本是嫦娥一號備份星，采用了與嫦娥一號相似的有效載荷。當然也不乏適應(yīng)性改造和創(chuàng)新，目的是讓嫦娥二號“看”得更準，“聽”得更清。

    嫦娥二號的ＣＣＤ立體相機是重新研制的，靈敏度極高。運用時間延遲積分型ＣＣＤ在軌對月表景物按推掃方式進行成像。

    月表反射光經(jīng)過光學鏡頭在位于焦平面的ＣＣＤ探測器上成像，經(jīng)過相機信號處理通道的相關(guān)雙采樣、放大、轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生月表景象的數(shù)字圖像，經(jīng)過下位機軟件打包后送星上大容量數(shù)據(jù)存儲器，再經(jīng)過星上數(shù)傳系統(tǒng)送給地面站，經(jīng)過地面應(yīng)用系統(tǒng)輻射定標、光度校正等修正處理后，重構(gòu)出月球表面的三維影像。

    嫦娥二號一項重要使命是為未來嫦娥三號著陸的虹灣預選區(qū)拍攝圖像。借助ＣＣＤ立體相機，全月面三維影像的月面象元分辨率從１２０米提高到優(yōu)于１０米，嫦娥三號預選著陸區(qū)分辨率優(yōu)于１．５米。

    問：嫦娥二號有效載荷與世界先進水平相比處于什么位置？

    孫輝先：國外探月起步早，科學探測儀器面很寬，種類很多，探測精度和分辨率總體上要優(yōu)于我們。但作為后來者，我們可以學習借鑒前人的經(jīng)驗。

    部分有效載荷上，我們已經(jīng)接近或達到世界先進水平。比如，嫦娥二號衛(wèi)星上的γ射線譜儀設(shè)計采用新型的溴化鑭晶體，取代了嫦娥一號γ射線譜儀的碘化銫晶體。能量分辨達到后者的２倍以上，信號靈敏度提高了１．４倍，大大提高了探測器探測元素的能力。

    這是世界上首次在空間采用溴化鑭晶體的高分辨γ射線探測器。

    克服距離遠、信號弱、數(shù)傳碼速率低重重困難

    問：拓展試驗階段地面應(yīng)用系統(tǒng)面臨哪些挑戰(zhàn)？

    李春來：這是我國首次在遠離地球約１７０萬公里處進行空間探測活動，面對距離遠、信號弱、數(shù)傳碼速率低，星上資源有限，無法滿足所有載荷同時開機探測的需求等困難，地面應(yīng)用系統(tǒng)需要應(yīng)對一系列挑戰(zhàn)。

    問：地面應(yīng)用系統(tǒng)采取了哪些應(yīng)對措施？

    李春來：地面應(yīng)用系統(tǒng)本著“細節(jié)決定成敗”的原則，對每個環(huán)節(jié)仔細研究，每個部件認真把關(guān)。

    首先，對數(shù)據(jù)接收的星地鏈路進行了認真分析和復核，找出了影響數(shù)據(jù)接收的環(huán)節(jié)和解決途徑；其次，通過攻關(guān)，減少了高頻接收機饋線損耗，優(yōu)化了數(shù)字解調(diào)處理機參數(shù)，降低了接收系統(tǒng)損耗，提高了接收機的性能；第三，利用射電源，對接收天線的指向進行了校準，提高了接收天線的指向精度；積極與測控系統(tǒng)聯(lián)系，通過多次開展測試試驗，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

    通過這些努力，我們確保了Ｌ２點的擴展試驗任務(wù)數(shù)據(jù)接收的可靠性和完整性。

    與ＡＲＴＭＩＳ、ＧＥＯＴＡＩＬ形成多點觀測

    問：嫦娥二號拉格朗日Ｌ２點科學探測的意義何在？

    孫輝先：這是我國首次在距地球約１７０萬公里，相當于２００多個地球半徑空間進行探測，其科學探測數(shù)據(jù)對我國的空間科學彌足珍貴。

    在Ｌ２點，可以獲得太陽風的特征量、遠磁尾的結(jié)構(gòu)特征和動力學過程；長時間觀測遠磁尾尾向流通量，研究氧離子逃逸率，有望產(chǎn)生很有意義的科學探測成果。

    此外，嫦娥二號可以與美國ＡＲＴＭＩＳ、日本ＧＥＯＴＡＩＬ等衛(wèi)星形成多點觀測研究。

    李春來：嫦娥二號上有太陽風離子探測器，Ｌ２點作為太陽風向外傳播過程中重要的一點，目前還沒有衛(wèi)星在此位置進行較長時間的太陽風探測。嫦娥二號在國際上首次對Ｌ２點附近的太陽風結(jié)構(gòu)和演化特性進行長時間的探測研究，填補在這一點探測數(shù)據(jù)的缺失。

    同時，太陽風離子探測器在Ｌ２點有助于研究遠磁尾結(jié)構(gòu)特征及與上游太陽風的相關(guān)性；遠磁尾磁重聯(lián)及其動力學過程；遠磁尾的等離子體團動力學特征等。

    超期服役 碩果累累

    問：嫦娥二號已取得哪些科學研究成果？

    李春來：截至目前嫦娥二號最大的亮點是制作了全月球表面三維影像：全月球７米分辨率圖像；虹灣局部優(yōu)于１．５米分辨率圖像。

    嫦娥二號獲得了３２軌虹灣局部地區(qū)像元分辨率優(yōu)于１．５米的高精度成像數(shù)據(jù)，并利用二線陣圖像數(shù)據(jù)處理得到了三維地形數(shù)據(jù)，制作了局部高分辨的三維影像圖；獲得了包括南北緯９０度在內(nèi)的全月球影像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對月面的全覆蓋。

    目前，地面應(yīng)用系統(tǒng)已完成全月球分辨率５０米影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)和地圖的制作，預計年底前完成全月球分辨率７米的圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)。

    此外，γ射線譜儀和Ｘ射線譜儀分別獲得了４６８６小時和４６１０小時的有效探測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)初步處理和分析顯示了鈾、鉀、釷、鎂、鋁、硅、鈣等元素的信息，更加系統(tǒng)、詳細的分析研究和制圖工作還在進行中。

    月壤特性探測方面，微波探測儀已經(jīng)獲得了不同８次軌道覆蓋的數(shù)據(jù)。中國科學院空間科學與應(yīng)用研究中心、香港科技大學、華中科技大學和國家天文臺等單位都正在積極開展研究，科學解譯月球微波數(shù)據(jù)，進一步制作全月亮度溫度分布圖和反演月壤特性。