拍攝中國第一張全月球三維圖的嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的激光高度計(jì)

嫦娥一號(hào)衛(wèi)星激光高度計(jì)2007年10月24隨嫦娥一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射升空,11月28日在環(huán)月軌道上開機(jī)后, 獲取了共計(jì)912萬點(diǎn)有效月球三維高層數(shù)據(jù), 圓滿地完成了探測任務(wù).

這項(xiàng)題為“嫦娥一號(hào)衛(wèi)星載激光高度計(jì)”的研究成果發(fā)表在《中國科學(xué)∶ 物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》2010年8月第8期上。中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇、舒嶸研究員與上海精密光學(xué)與機(jī)械研究所陳衛(wèi)標(biāo)研究員領(lǐng)導(dǎo)的共同科研團(tuán)隊(duì)研制了該設(shè)備。

該激光高度計(jì)是我國第一次自行研制的空間應(yīng)用的激光主動(dòng)遙感儀器, 其主要任務(wù)是獲取月球表面三維立體影像，即是觀測月球的地形地貌，激光高度計(jì)的測高分辨率為1米，測量最大誤差是5米。

CE-1衛(wèi)星激光高度計(jì)的核心是激光測距。激光高度計(jì)從衛(wèi)星上發(fā)射一束大功率的窄脈沖激光到月球表面，并接收月球表面后向散射的激光信號(hào)，通過測量激光往返延遲時(shí)間來計(jì)算衛(wèi)星到月表的距離。設(shè)激光信號(hào)從衛(wèi)星到月表的往返時(shí)間為t，則被測距離R為R=ct/2，式中c為光速。

激光高度計(jì)作為我國第一個(gè)上天的激光有效載荷，具備完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和明顯得設(shè)計(jì)特色。

激光高度計(jì)系統(tǒng)首次工作在月球極軌軌道，激光高度計(jì)能有效地獲取全月面，特別是月球南北兩極的高程數(shù)據(jù)。國際上以前還沒有系統(tǒng)的獲取過月球南北兩極的高程數(shù)據(jù)，嫦娥一號(hào)激光高度計(jì)在軌一年的科學(xué)數(shù)據(jù)將填補(bǔ)了這個(gè)世界空白。

激光作為一種新型遙感探測手段，我國是首次在空間應(yīng)用。設(shè)備的研究過程中解決了大功率、長壽命半導(dǎo)體泵浦固體激光器的空間應(yīng)用、高靈敏度窄脈沖回波探測、激光收發(fā)同軸裝調(diào)、星載激光高度計(jì)地面模擬測試等多項(xiàng)核心技術(shù)。采用合理和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材，解決了系統(tǒng)輕量化問題。激光高度計(jì)中的主要核心元部件——激光管、儲(chǔ)能電容器、半導(dǎo)體泵浦固體激光器、雪崩二極管等均采用了我國自行生產(chǎn)的元器件。該激光高度計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)與同期發(fā)射的日本月亮女神號(hào)上的激光高度計(jì)相比，測量精度都是5米，在重量（嫦娥15.7千克/日本20千克）、作用距離（嫦娥200公里軌道/日本100公里軌道）等方面比日本先進(jìn)。

這項(xiàng)研究成果是國家探月工程度支持下開展的，研究成果表明我國的激光應(yīng)用技術(shù)又上了一個(gè)新的臺(tái)階。研究人員表示，這項(xiàng)研究成果科廣泛地用于空間三維成像、目標(biāo)探測、空間導(dǎo)航、大氣測量等領(lǐng)域。如用于對(duì)地球待遙感，可實(shí)現(xiàn)全球三維高程測量，以及云和氣溶膠的后向散射特性的測量等；該技術(shù)還可以直接用于空間小目標(biāo)測距和探測應(yīng)用，并可以快速為衛(wèi)星姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)提供近程目標(biāo)相對(duì)距離、速度和三維圖像。