他们确实特别能战斗——探月工程副总设计师孙辉先、有效载荷总指挥吴季谈“嫦娥二号”有效载荷的研制

□ 本刊记者 何 研

探月工程副总设计师孙辉先

有效载荷总指挥吴季

问：“嫦娥二号”有哪些有效载荷，与“嫦娥一号”有哪些不同？

答：根据确定的科学目标，“嫦娥二号”配备了7种有效载荷。

为实现第一个科学目标，就是对月球表面进行三维立体成像，配备了CCD相机和激光高度计。“嫦娥二号”上的相机分辨率可以优于10米，这样可以为后续的“嫦娥三号”着陆点选择提供更准确的照片。“嫦娥二号”上的激光高度计的频度增加，“嫦娥一号”上的激光高度计是1秒钟采一个点，现在是1秒钟采5个点，提高了5倍，这样可以缩短每一点之间的距离，使探测的高度、密度增加。

为实现第二个科学目标，就是探测月球表面物质的化学成分，配备了X射线谱仪和γ射线谱仪。“嫦娥一号”在飞行过程中γ射线谱仪没有开机，影响一些探测效果，这次在飞到月球之前就开机。γ射线谱仪的探测晶体灵敏度也提高，X射线谱仪的谱段选择也做了调整，这次两种仪器会得到更好的数据。

第三个科学目标是对月壤的探测，这是我国探月卫星的特点，国外对月壤的探测没有采用微波频段，只能看到表面，没法穿透，我们采用四个微波频段，可以穿透月壤。为实现这一目标配备的微波探测仪这次没有太大的改动，但可以将“嫦娥二号”和“嫦娥一号”获取的数据叠加在一起进行更高分辨率的积分和分析，取得更新的成果。

第四个科学目标是探测地月空间环境和近月空间环境，配备的是高能粒子探测器和太阳风离子探测器。这些仪器在“嫦娥一号”上发挥了非常好的作用，这次依然配备，因为这次正处在第24个太阳风年。这个太阳风年比较奇怪，到现在上升得非常缓慢，可能是个小年。太阳风年每11年一个周期，起来后太阳黑子数量会增加，对卫星会造成一定影响。但每个太阳风年会有高有低、有大有小，这次可能只是平均太阳风年活动强度的70%。所以“嫦娥二号”的高能太阳风粒子探测器还肩负着对新的太阳风年进行探测的使命。

归纳起来，“嫦娥二号”上的有效载荷与“嫦娥一号”上的有四个不同：一是相机换了，原来的分辨率是120米，现在的分辨率是小于10米，是完全重新设计。二是激光高度计原来是一秒钟测一次，也就是每隔1.5公里左右测一个点，现在一秒种测5个点，这就意味着每300米就测一个点。三是γ射线谱仪原来用的晶体叫做碘化铯晶体，这次用的是一种新材料，叫溴化镧，这种晶体使探测灵敏度提高一倍多。四是X射线谱仪和过去相比探测的范围改了，在天上加上了一个定标源，这样数据就会更准确。除了有效载荷外，为有效载荷的系统也作了不少改进，比如大容量存储器。

问：这些有效载荷在卫星上的工作方式怎样？

答：由于是第一次，“嫦娥一号”比较慎重，不是直接飞到月球的。由于取得一些经验，“嫦娥二号”就直接飞向月球。从地球到月球之间，有几种设备开机，一是高能粒子探测器，二是太阳风离子探测器。这是探测空间环境难得的机会，从地球到月球38万公里，能探测地月之间的环境。在地月飞行过程中还要打开X射线谱仪和γ射线谱仪。

问：有效载荷有哪些技术上的难点和突破？

答：难度大的要数高分辨率相机和大容量存储器。由于相机的任务确定比较晚，真正进入研制就只有一年多的时间，从设计到初样再到正样，加在一起只有一年的时间，过去从来没有过。再有一个非常难的是大容量存储器，这次必须改。在“嫦娥一号”上的存储器在关机以后就没了，所有的东西都抹掉了。这次要求要设计成关机后数据还保留。这么大容量的，对我们来讲是第一次使用。这两个就是在“嫦娥二号”中最难的，遇到问题最大的，但大家还是克服困难按要求研制成功。

问：除了芯片外，7种有效载荷还有没有进口的？

答：在大规模、高集成度、功能特别强的集成电路中，一些材料是进口的，全部仪器设计集成是我们自己搞的。激光高度计全是国产的，实际上是一个激光雷达，第一要发出激光去，第二要把光束收回来。这台设备从最原始的材料，比如，发激光首先要有发光的二极管做成集光器，集光器要把光束振荡，能把激光打出去再收回来，还要能检测到这个激光，这些所有的部件都是国产的，这个很不容易。就是从最基本的原始器件、发光二极管、雪邦二极管，一直到集光器再到整体设计全部是国产。

紫外月球敏感器标定测试试验

问：这些有效载荷都是哪些单位研制的？

答：立体相机是中科院西安光机所研制的，激光高度计是中科院上海技术物理研究所研制的，γ射线谱仪是中科院紫金山天文台研制的，X射线谱仪是中科院高能物理研究所的，微波探测仪是中科院空间中心研制的，高能粒子探测器、太阳风离子探测器、有效载荷数据管理系统等都是中科院空间中心研制的。

问：空间环境预报有什么作用？

答:空间中心除了管理有效载荷的研制外，还承担着空间环境的预报任务，这是为嫦娥工程的发射运行提供保障的。在空间中心挂靠着一个中国科学院的空间环境研究预报中心，这个中心由8个单位组成，包括观测太阳的国家天文台、观测地磁的地球地质物理所、观测大气的大气物理所、武汉数学物理所，还有我们空间中心自己的宇宙线观测台站、大气观测台站、电离层观测台站、地质观测台地磁等，所有这些观测的数据汇总到空间中心。我们有一套分析数据的软件，对此进行分析和判断，为卫星工程提供保障。

嫦娥工程比较特殊，我们以前提供的所有空间环境的保障就像天气预报一样，都是在近地空间，也就是在地球附近。嫦娥工程是第一次走出地球去预报地球以外的空间，它的环境比较复杂，特别是我们对行星际的宇宙射线、地球磁场以外的宇宙射线、太阳宇宙射线、银河宇宙射线经验不多，所以这是一个相当重的任务。现在我们保障分几个阶段：长期预报、中期预报、短期预报。

目前已进入短期预报了。主要预报发射点，在发射前后几天有没有大的太阳爆发，中高层大气的风怎么样，电离层怎么样，这是发射保障。

还有就是空间碎片， 中国科学院单独有一个空间碎片保障系统，这个保障系统的信息汇总到总装测通所，总装也专门要做一个空间碎片的预报，会不会发生碰撞。这些信息汇总以后才能决定发射。

在飞行过程中会不会发生情况，这时主要预报太阳爆发，如果太阳爆发突然喷射出来一团高能物质，这个物质又冲向地球与卫星相遇，是非常危险的，可能我们的卫星就会失效。这是第二阶段保障。

第三阶段保障任务就是进入轨道以后，在围绕月球探测的时候，开始取数据的时候，这时候环境是不是安全，什么时候会出现大的爆发，这个我们要提供预报。这三个阶段的预报是在任务期间我们分了三个阶段，在任务发射前，我们有远期、中期、短期预报，短期预报大概在发射前两周左右，我们就开始每天都修正发射窗口的预报数据。

问：在“嫦娥二号”有效载效的研制过程中，科研人员都付出了巨大努力吧？

答：是这样。“嫦娥二号”与“嫦娥三号”并行做，“嫦娥一号”的队伍拆开了，有一部分转到“嫦娥三号”上去了，现在还在研制过程当中，还有一部分在“嫦娥二号”。这样一转，有些年轻人就提上来了，而且确实做得都不错，关键的时候都能发挥作用。这支队伍确实是一支特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献的队伍。