“嫦娥二號”攜帶七大儀器來完成四大科學重任

　　目前正環繞月球運行的嫦娥二號衛星，將在半年的既定時間內，完成四項科學目標：獲取分辨率優于10米的月球表面三維影像、探測月球物質成分、探測月壤特性、探測地月與近月空間環境。這四大目標，將在嫦娥一號科學探測結果的基礎上獲得更加豐富、準確的探測數據，為后續月面軟著陸及深空探測任務奠定重要的技術基礎，深化人類對月球的科學認知。

　　擔負這四大科學重任的就是嫦娥二號衛星隨身攜帶的有效載荷——執行探測任務的七種儀器裝備：TDI—CCD立體相機、激光高度計、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離子探測器。

　　TDI—CCD立體相機是新研制的，其余六種也都比嫦娥一號攜帶的有所改進。它們的“體重”加起來只有140公斤(衛星總“體重”為2480公斤，其中燃料為1310公斤)，經過重新設計和改進，武藝更加高強。

　　立體相機、激光高度計

　　獲取月球表面三維影像

　　“嫦娥一號”攜帶的立體相機，是普通的CCD相機，中科院西安光機所經過重新研制后，這次攜帶的是TDI—CCD相機，它采用多條線陣CCD對同一目標多次曝光原理，可以滿足分辨率提高對相機曝光控制的要求，是我國相關載荷研制技術的一個重要突破，也是國際上首次在月球探測中使用。嫦娥二號環月飛行時遠月點高度為100公里、近月點高度最低只有15公里，加上重新研制后如虎添翼，TDI—CCD相機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到1米。

　　由于月球上既有數千米的高山，也有幾千米的深谷，光用CCD立體相機還不能精確測量出高山和深谷的高度、深度，需要激光高度計助力。

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

　　利用TDI—CCD立體相機可獲取分辨率更高的月球表面三維影像，結合激光高度計獲取的月表地形高程數據，可獲取月球表面高精度地形數據，為后續著陸區優選提供依據；同時，也為劃分月球表面的地貌單元精細結構、斷裂和環形構造，提供原始資料。

　　X射線譜儀、γ射線譜儀

　　探測月球物質成分

　　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。但雷達功耗大，占用衛星資源多，為此嫦娥一號和二號攜帶的都是微波探測儀。它實際上是只接收月面微波輻射的微波輻射計，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。這些新的數據，可以結合嫦娥一號微波探測器的數據進行聯合分析，獲得更準確的月壤信息。

　　太陽高能粒子探測器、太陽風離子探測器

　　探測地月與近月空間環境

　　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境，特別是太陽高能粒子和太陽風，來保護自己的安全。太陽爆發時發出的帶電高能粒子和太陽風即太陽噴發出的帶電低能量粒子流，都會導致衛星及其有效載荷失靈。

　　嫦娥二號衛星在軌運行期間，正值太陽活動高峰年，是探測研究太陽高能粒子事件、CME(日冕物質拋射，即太陽日冕中的物質瞬時向外膨脹或向外噴射的現象)、太陽風，及它們對月球環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離子探測器，可獲取行星際太陽高能粒子與太陽風離子的通量、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境的相互作用。為后續探月工程提供環境科學數據。

　　需要說明的是，在嫦娥二號衛星上，配合這七種有效載荷工作的還有一套管理系統，對這七臺儀器進行指揮、控制、管理，并采集數據。其中的大容量存儲器為這次新研制的設備，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、數據更可靠。

　　可以預見的是，嫦娥二號的科學探測結果，將非常值得期待。

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

　　□鏈接

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