這次，她抵達(dá)了人類(lèi)探測(cè)器從未到過(guò)的月之暗面，揭開(kāi)了古老月背的神秘面紗，開(kāi)啟了人類(lèi)探月新篇章。

　　在嫦娥四號(hào)自主落月過(guò)程中，浙籍科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理所王建宇院士團(tuán)隊(duì)和浙江大學(xué)徐之海教授團(tuán)隊(duì)研制的激光遙感和降落相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。本報(bào)記者在嫦娥四號(hào)成功落月后第一時(shí)間采訪了兩位專(zhuān)家，帶來(lái)前沿解讀。

　　三次掌聲

　　1月3日10時(shí)26分，嫦娥四號(hào)探測(cè)器自主著陸在月球背面南極-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)器首次月背軟著陸。

　　11時(shí)40分，嫦娥四號(hào)著陸器獲取了月背影像圖并傳回地面。這是人類(lèi)探測(cè)器在月球背面拍攝的第一張圖片，圖中展示了巡視器即將駛離著陸器、駛向月背的方向。

　　在北京航天飛行控制中心大廳內(nèi)，徐之海見(jiàn)證了這個(gè)歷史性的時(shí)刻。

　　“空氣像繃了一張網(wǎng)，所有工作人員保持高度緊張的工作態(tài)度，整個(gè)大廳只零星傳出幾聲簡(jiǎn)短口令聲。在幾個(gè)重要節(jié)點(diǎn)取得成功后，能聽(tīng)到短暫的掌聲，但是大家馬上又全心投入到下一階段的工作�！毙熘�海語(yǔ)氣中難掩自豪與激動(dòng)。

　　讓徐之海印象深刻的掌聲有三次，第一次是10時(shí)15分，工作人員發(fā)出指令，7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)點(diǎn)火時(shí)，當(dāng)時(shí)探測(cè)器的速度從相對(duì)月球1.7公里每秒慢慢降為零；第二次是探測(cè)器軟著陸時(shí)，屏幕上傳回著陸傳感器的信息，確定落月成功；第三次是將降落過(guò)程中收攏的太陽(yáng)翼重新展開(kāi)，并開(kāi)始充電等月面初始化工作�！爱�(dāng)然著陸是掌聲最熱烈的一次�！毙熘�海說(shuō)。

　　落月過(guò)程中，降落相機(jī)拍攝了多張著陸區(qū)域影像圖，因?yàn)檎掌�需要�?jīng)過(guò)壓縮和傳輸，有一定的滯后性，所以大廳顯示屏上的三維演示和各項(xiàng)參數(shù)是最實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信息，也揪著徐之海的心。

　　“屏幕上有兩條曲線，分別是嫦娥四號(hào)探測(cè)器實(shí)際下降的紅色曲線和預(yù)設(shè)的理論綠色曲線，絕大部分時(shí)候都是重合在一起，總的來(lái)說(shuō)非常完美�！毙熘�海說(shuō)。

　　讓徐之海印象最深刻的，是當(dāng)宣布嫦娥四號(hào)探測(cè)器落月成功后，許多工作人員歡呼著從房間跑出，互相大力地?fù)肀�與祝賀。“所有人臉上都紅撲撲、喜氣洋洋的，與之前鴉雀無(wú)聲的大廳形成鮮明對(duì)比，這個(gè)場(chǎng)景太激動(dòng)人心了�！�

　　眼中有光

　　嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器從15公里高處降至月球表面的這690秒，完全依靠自主判斷與控制，地面人工干預(yù)的可能性為零。國(guó)外同行曾把地面科技人員“手足無(wú)措”的這段短暫時(shí)間稱(chēng)為“黑色瞬間”。

　　不過(guò)，嫦娥四號(hào)卻能在“黑色瞬間”中睜開(kāi)“火眼金睛”，確保安全著陸。探測(cè)器上搭載了王建宇團(tuán)隊(duì)研制的激光測(cè)距敏感器和激光三維成像敏感器，以及徐之海團(tuán)隊(duì)研制的降落相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)。這些技術(shù)裝備為確保探測(cè)器安全著陸發(fā)揮了最關(guān)鍵、最核心的作用。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)。因此，探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁院士曾形象地說(shuō)：“蘇聯(lián)、美國(guó)的探測(cè)器登陸月球時(shí)是閉著眼睛下去的，我們則是睜著眼睛下去的�！�

　　王建宇是浙江寧波人，本科畢業(yè)于原杭州大學(xué)物理系，長(zhǎng)期從事空間光電技術(shù)和系統(tǒng)的研究，主持了“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制，2017年當(dāng)選為中科院院士。徐之海是浙江嘉興人，在浙大求學(xué)、任教多年，此前已承擔(dān)了探月工程二期、三期多個(gè)成像光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)觀測(cè)相機(jī)的工程設(shè)計(jì)和研制任務(wù)。這兩位來(lái)自浙江的探月工程專(zhuān)家攜手為嫦娥四號(hào)的落月保駕護(hù)航。

　　激光測(cè)距敏感器是著陸器上最早開(kāi)機(jī)的設(shè)備，它就像一臺(tái)高性能“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)就開(kāi)始工作，每秒向月面發(fā)射兩次激光脈沖。靈敏的“觸角”不停收發(fā)信號(hào)，并通過(guò)測(cè)量月面回波與激光發(fā)射脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，實(shí)時(shí)掌握嫦娥四號(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)�！霸谥�陸器下降到距月面約8千米時(shí)，姿態(tài)發(fā)生調(diào)整，激光測(cè)距敏感器也隨之切換測(cè)距方向，直到完成平穩(wěn)落月�！蓖踅ㄓ钫f(shuō)，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。

　　完成姿態(tài)調(diào)整后，嫦娥四號(hào)著陸器進(jìn)入接近段，這時(shí)著陸器搭載的降落相機(jī)開(kāi)始拍攝多張著陸區(qū)域影像圖，而這正是徐之海團(tuán)隊(duì)的拿手好戲。“百聞不如一見(jiàn)�！毙熘�海告訴記者，在科學(xué)探測(cè)中，光學(xué)成像一直是最直接、最重要的一種探測(cè)手段，其他任何科學(xué)手段的探測(cè)所帶來(lái)的信息量、沖擊力，都不如光學(xué)系統(tǒng)。

　　要研制出探月能用的相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)，難度著實(shí)不小。徐之海說(shuō)：“太空環(huán)境是真空、高輻射環(huán)境，溫度變化大，航天飛行探測(cè)器的光學(xué)相機(jī)在太空環(huán)境工作，不但要非�？煽浚瑝勖�長(zhǎng)并足夠輕和小，還要滿足許多特殊要求，例如在探測(cè)器發(fā)射時(shí)必須承受強(qiáng)大的力學(xué)沖擊�！�

　　徐之海表示，中國(guó)探月工程之前曾獲得過(guò)多幅全月球影像圖，雖然最高分辨率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先的0.97米，但對(duì)于探測(cè)器降落依舊“幫不上大忙”。在北京接受記者采訪時(shí)，他對(duì)著面前的茶幾打了一個(gè)形象的比方：“只要著陸器四只腳中的一只碰到像茶幾這么大的一塊石頭，就有可能側(cè)翻，然而0.5立方米的石頭，在0.97米分辨率的影像圖上只是一個(gè)點(diǎn)，我們無(wú)法靠一個(gè)點(diǎn)判斷石頭存不存在。”因此，嫦娥四號(hào)著陸器先大范圍“挪”到一個(gè)相對(duì)平坦的地方，然后依靠降落相機(jī)多張更高精度影像圖的判斷，對(duì)障礙物和坡度進(jìn)行識(shí)別，搜索安全著陸區(qū)，并在到達(dá)距月面100米的懸停位置時(shí)自主避障，再找到一個(gè)更平坦的小范圍。

　　降落相機(jī)解決了平面視覺(jué)系統(tǒng)的判斷，然而預(yù)定著陸區(qū)艾特肯地區(qū)表面仍然存在高坡、隕石坑等諸多不確定因素，所以立體精確避障極為重要，這時(shí)激光三維成像敏感器開(kāi)始工作。

　　王建宇介紹，激光三維成像敏感器將在懸停位置采集月面的三維圖像，將高于15厘米的石頭或低于15厘米的坑識(shí)別出來(lái)，確保探測(cè)器降落在安全區(qū)域。如此精細(xì)的掃描成像的工作，在短短幾秒內(nèi)就完成了。值得一提的是，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。

　　此外，王建宇團(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”——紅外成像光譜儀。月球車(chē)走到哪里，這雙“眼睛”就看向哪一片月面。通過(guò)獲取精細(xì)光譜信息，這臺(tái)儀器可以幫助科學(xué)家識(shí)別月壤及月面巖石的成分。王建宇介紹，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，重量不到6千克，綜合性能優(yōu)于歐美同類(lèi)產(chǎn)品。

　　“鵲橋”有信

　　嫦娥四號(hào)到達(dá)月球背面順利開(kāi)展探測(cè)工作，中繼衛(wèi)星“鵲橋”功不可沒(méi)。2018年5月21日，“鵲橋”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。中國(guó)航天專(zhuān)家、中國(guó)空間技術(shù)研究院浙籍研究員龐之浩接受記者采訪時(shí)說(shuō)，“鵲橋”是世界上第一個(gè)進(jìn)入地月拉格朗日L2點(diǎn)暈軌道的月球中繼衛(wèi)星。

　　為什么需要搭“鵲橋”？浙籍行星專(zhuān)家、科普中國(guó)形象大使鄭永春用一個(gè)形象的比喻告訴記者：“原因就在于月球被地球的引力潮汐鎖定了。就像爸爸的雙手拉著孩子的雙手，爸爸在原地打轉(zhuǎn)，孩子環(huán)繞著爸爸打轉(zhuǎn)，從爸爸的角度——也就是地球人的角度——他看不到孩子的背上，或許已經(jīng)在被蚊子叮咬了。”

　　因此，當(dāng)嫦娥四號(hào)進(jìn)行世界首次月球背面軟著陸和巡視勘察任務(wù)時(shí)，將受月球自身遮擋，無(wú)法直接與地球進(jìn)行測(cè)控通信和數(shù)據(jù)傳輸，而“鵲橋”則相當(dāng)于架設(shè)在嫦娥四號(hào)與地球間的“通信中繼站”。

　　徐之海教授團(tuán)隊(duì)主持研制的“鵲橋號(hào)”觀測(cè)相機(jī)系統(tǒng)也成功隨衛(wèi)星發(fā)射。在到達(dá)繞地月拉格朗日L2點(diǎn)的使命軌道后，相機(jī)系統(tǒng)于2018年6月20日開(kāi)機(jī)，天線監(jiān)視相機(jī)成功獲取了高增益拋物面通信天線的圖像，確認(rèn)了中繼天線正常展開(kāi)狀態(tài)，完成了監(jiān)視成像任務(wù)；雙分辨率相機(jī)于7月13日至14日開(kāi)機(jī)，在人類(lèi)歷史上首次獲取了從地月拉格朗日L2點(diǎn)附近拍攝的地月合影及地球、月球特寫(xiě)圖像。

　　龐之浩告訴記者，月球背面比正面更為古老，在月球背面著陸進(jìn)行探測(cè)，對(duì)月球的起源和演變、調(diào)查月球地質(zhì)和資源情況與地球早期歷史具有重要價(jià)值。另外，月球背面電磁環(huán)境非�！案蓛簟�，可屏蔽來(lái)自地球的各種無(wú)線電干擾信號(hào)，因而在那里能監(jiān)測(cè)到地面和地球附近的太空無(wú)法分辨的電磁信號(hào)，有望取得重大原創(chuàng)性科研成果。

　　“月球兩極探測(cè)意義更為重大，如果能確定月球兩極是否有水和其他資源，不僅能作為月球基地選址的重要參考，也有助于把月球作為跳板進(jìn)行載人火星探測(cè)。因?yàn)樗�能用于航天員的生活，還能分解成氫和氧作為飛船燃料。”龐之浩說(shuō)。（記者 劉晨茵 曾福泉）