拍攝中國第一張全月球三維圖的嫦娥一號衛星的激光高度計

拍攝中國第一張全月球三維圖的嫦娥一號衛星的激光高度計

嫦娥一號衛星激光高度計2007年10月24隨嫦娥一號衛星發射升空,11月28日在環月軌道上開機后, 獲取了共計912萬點有效月球三維高層數據, 圓滿地完成了探測任務.

這項題為“嫦娥一號衛星載激光高度計”的研究成果發表在《中國科學∶ 物理學 力學 天文學》2010年8月第8期上。中國科學院上海技術物理研究所王建宇、舒嶸研究員與上海精密光學與機械研究所陳衛標研究員領導的共同科研團隊研制了該設備。

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

CE-1衛星激光高度計的核心是激光測距。激光高度計從衛星上發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，通過測量激光往返延遲時間來計算衛星到月表的距離。設激光信號從衛星到月表的往返時間為t，則被測距離R為R=ct/2，式中c為光速。

激光高度計作為我國第一個上天的激光有效載荷，具備完全的自主知識產權和明顯得設計特色。

激光高度計系統首次工作在月球極軌軌道，激光高度計能有效地獲取全月面，特別是月球南北兩極的高程數據。國際上以前還沒有系統的獲取過月球南北兩極的高程數據，嫦娥一號激光高度計在軌一年的科學數據將填補了這個世界空白。

激光作為一種新型遙感探測手段，我國是首次在空間應用。設備的研究過程中解決了大功率、長壽命半導體泵浦固體激光器的空間應用、高靈敏度窄脈沖回波探測、激光收發同軸裝調、星載激光高度計地面模擬測試等多項核心技術。采用合理和優化的結構設計和選材，解決了系統輕量化問題。激光高度計中的主要核心元部件——激光管、儲能電容器、半導體泵浦固體激光器、雪崩二極管等均采用了我國自行生產的元器件。該激光高度計的主要技術指標與同期發射的日本月亮女神號上的激光高度計相比，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。

這項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用技術又上了一個新的臺階。研究人員表示，這項研究成果科廣泛地用于空間三維成像、目標探測、空間導航、大氣測量等領域。如用于對地球待遙感，可實現全球三維高程測量，以及云和氣溶膠的后向散射特性的測量等；該技術還可以直接用于空間小目標測距和探測應用，并可以快速為衛星姿態軌道控制系統提供近程目標相對距離、速度和三維圖像。