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激光测距让“嫦娥”遥而可及

来源:科技日报

  发布:星之球科技

关键词:月球激光 激光技术

2018-01-24

 中国科学院云南天文台1月22日晚在月球激光测距技术研究方面取得重大突破。研究团队利用1.2米望远镜激光测距系统,多次成功探测到阿波罗15号月面反射器返回的激光脉冲信号,在国内首次成功实现月球激光测距。

月球激光测距是通过精确测定激光脉冲从地面观测站到月面反射器的往返时间,从而计算地月距离。这是一项综合技术,它涵盖激光、光电探测、自动控制、空间轨道等多个学科领域,是目前地月距离测量精度最高的技术手段,其观测资料对天文地球动力学、地月系动力学、月球物理学以及引力理论验证等诸多学科的研究有着重要的价值。
 
中国科学院云南天文台应用天文研究团组长期从事月球激光测距技术研究。据研究团组副组长、副研究员李语强介绍,此次测距是在提高了指向精度和跟踪精度,改善了探测效率和光学传输效率,并进行多项关键技术攻关后实现的。
 
李语强说,从传统技术看来,月球激光测距的主要难点在于共光路系统中激光发射和激光接收转换,需要保证系统能正常发射激光,并接受回波信号;望远镜跟踪指向精度,当望远镜指向精度为3秒时,指向月球时激光束的中心与月面反射器的间距最大可达6千米,而最大的月面反射器——阿波罗15号有效反射面积仅是3402平方厘米,这将直接影响到激光测月的成功。此外,激光光束质量及光学系统效率,影响激光实际发射能量和质量。
 
研究团组针对以上问题,自主研发了共光路月球激光测距系统用于收发转换的转镜,很好地实现了光路收发转换。研究团组提出,可建立局部指向修正模型,以进一步提高望远镜的指向精度。他们利用沿月球轨道周围一定数量的恒星,在每次激光测月前作局部指向修正模型改正,以保证在观测目标轨道区域内望远镜实现角秒量级的高指向精度。2017年,中科院云南天文台1.2米望远镜光学系统升级改造后,提高了光学系统效率,为月球激光测距打下良好的基础。此外,研究团组还在微弱信号探测、数据处理等方面做了大量工作。
 
地月平均距离为384403.9千米。测距实验中,研究人员采取共光路工作方式,通过1.2米望远镜激光测距系统进行测距,激光波长为532纳米,脉冲宽度为10纳秒,频率10赫兹,试验时,单脉冲能量为3.3焦耳。1月22日晚21时25分至22时31分,实测数据段显示阿波罗15号反射器到测站的距离为385823.433千米至387119.600千米,测距精度优于1米。
 
目前,国际上成功实现月球激光测距的国家仅有美国、法国和意大利。云南天文台此次成功实现月球激光测距,填补了我国在月球激光测距领域的空白,将会为我国天琴计划的实施提供测距技术支持。