光電技術在中國深空探測中的應用

摘要：文章從深空探測正在進行的項目出發(fā)，對深空探測器有效載荷對光電技術的需求進行了分析，從而闡述了光電技術在中國深空探測中的應用。月球探測器典型的“嫦娥一號”和“嫦娥二號”就是中國已經(jīng)發(fā)射的應用光電技術的深孔探測項目，具有一定探測價值。

關鍵詞：光電技術；深空探測；深空探測器；月球探測；有效載荷 文獻標識碼：A

中圖分類號：V476 文章編號：1009-2374（2015）29-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.025

2004年初，我國開始“嫦娥一號”的工程，歷時三年發(fā)射成功。對繞月探測的時間達到1年4個月之久，使我國深空探測的科學目標得以順利完成，大量的科學數(shù)據(jù)也是通過這項工程獲取來的?！版隙鸲枴惫こ淌窃凇版隙鹨惶枴惫こ痰幕A上拓展的項目，其意義在于實現(xiàn)可控撞月。歷時3年，“嫦娥二號”發(fā)射于2010年10月1日，在多項技術上能夠完成突破，使預定的工程目標順利完成，100km的全月球圖像和15km的虹灣圖像也是從這項技術中繪制的。無人月球探測工程的方針一共有三個步驟：繞、落、回。目前，“嫦娥三號”和“嫦娥四號”工程的研發(fā)正在致力于將月球軟著陸。

1 金星和火星的首次探測

在深空探測領域發(fā)展中，我國是位居前幾名的，由于金星和火星的探測符合科學的發(fā)展，所以我國更應該致力于研究火星和金星的首次探測，以促進我國航天探測領域的發(fā)展。

探月技術和“嫦娥”衛(wèi)星技術是首次火星探測方案理論實踐的基礎，我國應堅持自己在航天領域的科學探測目標，對長時間飛行的自主管理技術和遠大的監(jiān)控通信技術以及自主導航與控制在深空條件下的技術等問題進行解決。環(huán)火探測是最主要的探測方式，為期10個月的探測器地火轉移階段，1個火星年是環(huán)火工作初步擬定的時間?；鹦翘綔y的主要目的是判斷人類是否能夠在火星上順利生存，所以探測的內(nèi)容包括大氣圈演化和火星氣候的變化、火星上是否有生命生存過的跡象、火星是怎樣進行演化的、火星的各項能源等方面。

地球和太陽之間是金星存在的位置，地球到火星的距離要大于地球到金星的距離?；诖?，我們對金星探測要比火星探測更容易一些，包括在測控通信、飛行的動力、能源需求等方面。金星探測的問題主要是對于太陽近距離產(chǎn)生熱的問題，我國在控制熱的技術上有良好的手段，基于此，我國金星探測工程直接銜接火星探測工程。金星探測主要的任務是，通過探測器圍繞金星大氣層外飛行，繼而對大氣特征及其金星表面金星探測，從大氣層內(nèi)進入，做漂浮探測。符合中國發(fā)展的深空探測項目不僅包括首次金星和火星探測、無人月球探測，還包括對載人登月的工程項目和月球外天體的探測項目。實現(xiàn)載人登月是人類走出地球的必然趨勢，迄今為止，人類唯一到達地球之外的天體就是月球，所以在未來的20年內(nèi)，根據(jù)深空探測技術的蓬勃發(fā)展，我國載人登月的愿望一定可以實現(xiàn)。

2 光電技術在中國深空探測領域中的應用

深空探測器在軌道方面定義為：處于近地軌道對深空探測的一種飛行器，其對光電技術是有一定需求的。光電技術在中國深空領域能夠起到確定的作用。探測器姿態(tài)敏感器主要能實現(xiàn)探測器的姿態(tài)測量。光學敏感器、陀螺儀、射頻敏感器和磁敏感是姿態(tài)敏感器的主要部分。光學敏感器主要應用于太陽敏感器、星敏感器、紅外地球敏感器、對月球和地球的紫外敏感器和圖像敏感器等，應用是十分廣泛的。飛行器本體坐標系與空間已知基準方向關系的確定需要通過光學敏感器實現(xiàn)。光電技術在中國深空領域能夠起到導航的作用。探測器軌道參數(shù)是通過自主導航來確定的，對飛行和探測對象按照光學敏感器把其分為不同的階段，這里的光學敏感器包括星跟蹤器、紅外地球敏感器、太陽敏感器、可見光CCD敏感器、空間六分儀、陸標敏感器和紫外敏感器等。探測器的運動參數(shù)是通過這些敏感器來測量的，運動參數(shù)包括速度、加速度和角速度等。深空探測巡視器的遙操作導航、自主導航、半自主導航都離不開光電技術。通過人工遙操作能夠使巡視器進去自主或半自主的導航狀態(tài)，這要求巡視器具備良好的執(zhí)行任務和生存能力。其作用是對自身環(huán)境、位置和速度信息的獲取。基于此，敏感器的多種結合技術能夠賦予一定的航天導航功能。同時，光電技術在中國深空領域能夠起到監(jiān)視的作用。這能夠真實地對關鍵部件的動作進行掌握，使地面隨時接受圖像。光電技術在中國深空領域的廣泛應用是有效載荷的需要和空間飛行器交匯對接的需要。光電技術在中國深空領域能夠起到測控通信的作用和滿足探測器多方面需求的作用。

3 我國深空探測器利用光電技術的應用展望

目前，我國“嫦娥一號”和“嫦娥二號”衛(wèi)星的成功發(fā)射都離不開光電技術的支持，光電技術未來的探測活動也是最基本的一項技術?！版隙鹨惶枴毙l(wèi)星在光電技術的利用上主要包括：CCD立體相機設備，掃推方式是干涉成像光譜儀器采取的主要方式，元的點光圖譜是經(jīng)過數(shù)學處理得到的，同時為二維重構光譜圖像提供了條件，從而得到月球表面物質分布信息和類型數(shù)據(jù)。半導體泵浦固體激光器是激光高度計采用的主要儀器，它能夠向月球表面發(fā)射大功率的窄脈沖激光，同時將月球表面后散射的激光信號心理接收，繼而計算出衛(wèi)星與月球表面距離，這是利用測量光往返延遲時間作為依據(jù)計算的。星敏感器的衛(wèi)星相對于慣性空間的姿態(tài)是通過星圖識別和恒星的觀測來獲取的。月球的紫外譜段探測主要通過采取紫外敏感器進行，它能夠將環(huán)月飛行時，基于月球中心，衛(wèi)星的方向進行有效識別，以對衛(wèi)星相對軌道參考系的姿態(tài)信息數(shù)據(jù)進行獲取。未來的光電技術在“嫦娥二號”衛(wèi)星的主要應用包括對具有更高的分辨率的CCD立體相機的更新設備等的使用。光電技術在“嫦娥三號”衛(wèi)星的主要應用包括在相機的運用上采取的是地形地貌、降落、極紫外和全景相機，望遠鏡采用的是月基光學望遠鏡和空外成像光譜儀。

4 光電技術在中國深空探測領域的發(fā)展方針

針對光電技術在深空探測領域中的廣泛應用，本文闡述一些有效的發(fā)展方針。我國深空探測的今后發(fā)展需求和實踐方面由于受到光電技術的影響，使探測器性能和功能上受到了一定的制約，所以提高光電技術就是我國深空探測領域有效發(fā)展的前提。提高光電技術首先要從器件入手，突破傳統(tǒng)的結構部件，研發(fā)新型的、輕質的、高性能的光學部件；其次我國要進一步提高敏感器的設計水平和制造水平，在對GNC設計和探測器的總結設計中，要經(jīng)過多種方案的權衡選擇，對敏感器進行最合理的安排，增加系統(tǒng)性能，使器件不受到其他因素的影響。此外，對光電的有效電荷制造和設計水平一定要看作提高光電技術的重中之重，對一個設備的多種應用方法進行探索?！版隙鸲枴本褪峭ㄟ^嘗試紫外敏感器對敏感器功能和光學探測融為一體的方式，使其姿態(tài)確定功能的同時，又能夠將月球紫外譜段圖像進行繪制，除此之外，它還可以在導航中應用；最后在中國深空探測工作中還要對可能形成的項目預言工作建議進一步加強，這在一定程度可以使深空探測事業(yè)得到持續(xù)

發(fā)展。

5 結語

綜上所述，中國深空探測的發(fā)展離不開光電技術的支持。從事光電技術研發(fā)的技術人員對我國深空探測事業(yè)的發(fā)展具有很大程度的貢獻，只有從根本上落實對光電技術的發(fā)展，才能夠找到深空技術發(fā)展領域的切入點，從根本上為我國深空探測事業(yè)技術水平做出一定

貢獻。

參考文獻

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作者簡介：寇雷雷（1986-），女，吉林四平人，吉林工程職業(yè)學院助教，碩士，研究方向：光學工程。

（責任編輯：陳 倩）