這次，她抵達(dá)了人類探測器從未到過的月之暗面，揭開了古老月背的神秘面紗，開啟了人類探月新篇章。

　　在嫦娥四號自主落月過程中，浙籍科學(xué)家、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理所王建宇院士團隊和浙江大學(xué)徐之海教授團隊研制的激光遙感和降落相機光學(xué)系統(tǒng)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。本報記者在嫦娥四號成功落月后第一時間采訪了兩位專家，帶來前沿解讀。

　　三次掌聲

　　1月3日10時26分，嫦娥四號探測器自主著陸在月球背面南極-艾特肯盆地內(nèi)的馮·卡門撞擊坑內(nèi)，實現(xiàn)人類探測器首次月背軟著陸。

　　11時40分，嫦娥四號著陸器獲取了月背影像圖并傳回地面。這是人類探測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)，徐之海見證了這個歷史性的時刻。

　　“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，整個大廳只零星傳出幾聲簡短口令聲。在幾個重要節(jié)點取得成功后，能聽到短暫的掌聲，但是大家馬上又全心投入到下一階段的工作�！毙熘�海語氣中難掩自豪與激動。

　　讓徐之海印象深刻的掌聲有三次，第一次是10時15分，工作人員發(fā)出指令，7500N變推力發(fā)動機開機點火時，當(dāng)時探測器的速度從相對月球1.7公里每秒慢慢降為零；第二次是探測器軟著陸時，屏幕上傳回著陸傳感器的信息，確定落月成功；第三次是將降落過程中收攏的太陽翼重新展開，并開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。

　　落月過程中，降落相機拍攝了多張著陸區(qū)域影像圖，因為照片需要經(jīng)過壓縮和傳輸，有一定的滯后性，所以大廳顯示屏上的三維演示和各項參數(shù)是最實時準(zhǔn)確的信息，也揪著徐之海的心。

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

　　讓徐之海印象最深刻的，是當(dāng)宣布嫦娥四號探測器落月成功后，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，與之前鴉雀無聲的大廳形成鮮明對比，這個場景太激動人心了。”

　　眼中有光

　　嫦娥四號月球探測器從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。國外同行曾把地面科技人員“手足無措”的這段短暫時間稱為“黑色瞬間”。

　　不過，嫦娥四號卻能在“黑色瞬間”中睜開“火眼金睛”，確保安全著陸。探測器上搭載了王建宇團隊研制的激光測距敏感器和激光三維成像敏感器，以及徐之海團隊研制的降落相機光學(xué)系統(tǒng)。這些技術(shù)裝備為確保探測器安全著陸發(fā)揮了最關(guān)鍵、最核心的作用。有了它們，探測器就能準(zhǔn)確地知道自己每時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。因此，探月工程總設(shè)計師吳偉仁院士曾形象地說：“蘇聯(lián)、美國的探測器登陸月球時是閉著眼睛下去的，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，長期從事空間光電技術(shù)和系統(tǒng)的研究，主持了“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星系統(tǒng)的設(shè)計和研制，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、三期多個成像光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)觀測相機的工程設(shè)計和研制任務(wù)。這兩位來自浙江的探月工程專家攜手為嫦娥四號的落月保駕護航。

　　激光測距敏感器是著陸器上最早開機的設(shè)備，它就像一臺高性能“倒車?yán)走_(dá)”，在嫦娥四號著陸器距離月面15千米高度時就開始工作，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，并通過測量月面回波與激光發(fā)射脈沖信號的時間間隔，實時掌握嫦娥四號著陸器相對于月面的精確距離，測量精度在0.2米之內(nèi)。“在著陸器下降到距月面約8千米時，姿態(tài)發(fā)生調(diào)整，激光測距敏感器也隨之切換測距方向，直到完成平穩(wěn)落月。”王建宇說，嫦娥四號激光測距敏感器的激光光源、探測器、高壓電源等核心元部件均為國產(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，嫦娥四號著陸器進(jìn)入接近段，這時著陸器搭載的降落相機開始拍攝多張著陸區(qū)域影像圖，而這正是徐之海團隊的拿手好戲�！鞍俾劜蝗缫灰�。”徐之海告訴記者，在科學(xué)探測中，光學(xué)成像一直是最直接、最重要的一種探測手段，其他任何科學(xué)手段的探測所帶來的信息量、沖擊力，都不如光學(xué)系統(tǒng)。

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

　　徐之海表示，中國探月工程之前曾獲得過多幅全月球影像圖，雖然最高分辨率達(dá)到國際領(lǐng)先的0.97米，但對于探測器降落依舊“幫不上大忙”。在北京接受記者采訪時，他對著面前的茶幾打了一個形象的比方：“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點，我們無法靠一個點判斷石頭存不存在�！币虼�，嫦娥四號著陸器先大范圍“挪”到一個相對平坦的地方，然后依靠降落相機多張更高精度影像圖的判斷，對障礙物和坡度進(jìn)行識別，搜索安全著陸區(qū)，并在到達(dá)距月面100米的懸停位置時自主避障，再找到一個更平坦的小范圍。

　　降落相機解決了平面視覺系統(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，這時激光三維成像敏感器開始工作。

　　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厘米的坑識別出來，確保探測器降落在安全區(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，我國在幾個航天大國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，王建宇團隊還為首次到達(dá)月球背面的月球車裝上了“紅外眼”——紅外成像光譜儀。月球車走到哪里，這雙“眼睛”就看向哪一片月面。通過獲取精細(xì)光譜信息，這臺儀器可以幫助科學(xué)家識別月壤及月面巖石的成分。王建宇介紹，嫦娥四號紅外成像光譜儀不僅集成最新遙感技術(shù)，還成功實現(xiàn)輕小型化，重量不到6千克，綜合性能優(yōu)于歐美同類產(chǎn)品。

　　“鵲橋”有信

　　嫦娥四號到達(dá)月球背面順利開展探測工作，中繼衛(wèi)星“鵲橋”功不可沒。2018年5月21日，“鵲橋”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。中國航天專家、中國空間技術(shù)研究院浙籍研究員龐之浩接受記者采訪時說，“鵲橋”是世界上第一個進(jìn)入地月拉格朗日L2點暈軌道的月球中繼衛(wèi)星。

　　為什么需要搭“鵲橋”？浙籍行星專家、科普中國形象大使鄭永春用一個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)嫦娥四號進(jìn)行世界首次月球背面軟著陸和巡視勘察任務(wù)時，將受月球自身遮擋，無法直接與地球進(jìn)行測控通信和數(shù)據(jù)傳輸，而“鵲橋”則相當(dāng)于架設(shè)在嫦娥四號與地球間的“通信中繼站”。

　　徐之海教授團隊主持研制的“鵲橋號”觀測相機系統(tǒng)也成功隨衛(wèi)星發(fā)射。在到達(dá)繞地月拉格朗日L2點的使命軌道后，相機系統(tǒng)于2018年6月20日開機，天線監(jiān)視相機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狀態(tài)，完成了監(jiān)視成像任務(wù)；雙分辨率相機于7月13日至14日開機，在人類歷史上首次獲取了從地月拉格朗日L2點附近拍攝的地月合影及地球、月球特寫圖像。

　　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，對月球的起源和演變、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值。另外，月球背面電磁環(huán)境非�！案蓛簟�，可屏蔽來自地球的各種無線電干擾信號，因而在那里能監(jiān)測到地面和地球附近的太空無法分辨的電磁信號，有望取得重大原創(chuàng)性科研成果。

　　“月球兩極探測意義更為重大，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。因為水能用于航天員的生活，還能分解成氫和氧作為飛船燃料�！饼嬛�浩說。（記者 劉晨茵 曾福泉）