 長征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭在中國文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空，嫦娥五號(hào)探測器踏上奔月之旅（國家航天局供圖）
11月24日，我國在中國文昌航天發(fā)射場，用長征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭成功發(fā)射探月工程嫦娥五號(hào)探測器，火箭飛行約2200秒后，順利將探測器送入預(yù)定軌道，開啟我國首次地外天體采樣返回之旅。
國家航天局探月與航天工程中心副主任、探月工程三期副總設(shè)計(jì)師、嫦娥五號(hào)任務(wù)新聞發(fā)言人裴照宇表示，嫦娥五號(hào)任務(wù)有望創(chuàng)造5個(gè)“中國首次”，一是地外天體的采樣與封裝，二是地外天體的起飛，三是月球軌道交會(huì)對(duì)接，四是攜帶樣品高速地球再入，五是樣品的存儲(chǔ)、分析和研究。
中科院上海分院“五朵金花”——中科院上海技物所、中科院上海光機(jī)所、中科院上海天文臺(tái)、中科院上海硅酸鹽所和中科院上海有機(jī)所再次拿出各自“法寶”，助力嫦娥五號(hào)此次探月之旅。
光電載荷助力嫦娥五號(hào)開展月球采樣返回任務(wù)
按計(jì)劃，嫦娥五號(hào)將實(shí)施我國首個(gè)無人月面取樣返回任務(wù)。中科院上海技物所負(fù)責(zé)研制嫦娥五號(hào)月球礦物光譜分析儀、激光測距測速敏感器和激光三維成像敏感器。月球礦物光譜分析儀是探測器有效載荷之一，將對(duì)月球表面著陸采樣區(qū)進(jìn)行光譜探測和礦物組成分布分析。激光測距測速敏感器、激光三維成像敏感器是姿態(tài)控制（GNC）分系統(tǒng)的重要單機(jī)，是探測器能夠成功軟著陸月球表面的重要技術(shù)保障。激光測距測速敏感器將在探測器著陸月面時(shí)提供遠(yuǎn)程距離和速度信息，有望實(shí)現(xiàn)國際首次在月球探測器軟著陸階段使用激光多普勒測速技術(shù)進(jìn)行三個(gè)正交方向速度測量。激光三維成像敏感器將在探測器懸停時(shí)提供月面著陸區(qū)的精確三維圖像。
中科院上海光機(jī)所承擔(dān)了兩個(gè)系統(tǒng)中的核心組件——3臺(tái)激光器的研制。在承擔(dān)嫦娥三號(hào)、四號(hào)相關(guān)工作的基礎(chǔ)上，嫦娥五號(hào)上有兩款激光器實(shí)現(xiàn)了技術(shù)繼承和升級(jí)：測距模塊用激光器從環(huán)月階段開始工作，通過大能量、窄脈寬激光來測量著陸器和月面的距離；三維成像敏感器激光器是在著陸器懸停時(shí)，利用高重頻、窄脈寬脈沖激光瞬時(shí)對(duì)月面實(shí)施高精度三維成像，為選擇精確的著陸點(diǎn)提供依據(jù)；激光器在減重20%的同時(shí)，滿足了嫦娥五號(hào)更苛刻的振動(dòng)力學(xué)要求。
為了讓嫦娥五號(hào)著陸更加平穩(wěn)，首次在著陸器上增加了測速模塊，中科院上海光機(jī)所設(shè)計(jì)了首個(gè)在著陸器上使用的窄線寬光纖激光器，實(shí)現(xiàn)了窄線寬（kHz量級(jí)）、低強(qiáng)度噪聲的激光輸出，從落月階段開始工作，通過探測激光回波的頻率信息來測量著陸器相對(duì)月面的速度，實(shí)現(xiàn)了空間應(yīng)用系統(tǒng)從能量探測模式向頻率探測模式的開拓。
3款激光器從遠(yuǎn)至近陸續(xù)開啟，從繼承到開拓，為嫦娥五號(hào)任務(wù)的順利完成提供強(qiáng)有力支撐，為國家的深空探測和空間科學(xué)做出貢獻(xiàn)。
VLBI測軌分系統(tǒng)為嫦娥五號(hào)探測任務(wù)保駕護(hù)航
作為探月工程測控與回收系統(tǒng)的重要組成部分，中科院上海天文臺(tái)牽頭的中國甚長基線干涉測量（VLBI）網(wǎng)將與現(xiàn)有航天測控網(wǎng),共同完成嫦娥五號(hào)探測器各飛行段的測定軌及定位任務(wù)。
VLBI是一項(xiàng)高精度測角技術(shù)，在月球與深空探測器快速、高精度定軌和定位方面，有著不可或缺的重要作用。我國的VLBI測軌分系統(tǒng)由北京站、上海站、昆明站和烏魯木齊站以及位于上海天文臺(tái)的VLBI數(shù)據(jù)處理中心（VLBI中心）組成。這樣一個(gè)網(wǎng)所構(gòu)成的望遠(yuǎn)鏡分辨率相當(dāng)于口徑為3000多千米的巨大的綜合口徑射電望遠(yuǎn)鏡，測角精度可以達(dá)到百分之幾角秒。
在嫦娥五號(hào)任務(wù)中，VLBI將參與探測器地月轉(zhuǎn)移段、近月制動(dòng)段、環(huán)月飛行段、著陸下降段、月面工作段、動(dòng)力上升段、交會(huì)對(duì)接段、環(huán)月等待段和月地轉(zhuǎn)移段等9個(gè)飛行段探測器的相對(duì)差分單項(xiàng)測距（ΔDOR）測量及探測器的軌道確定和預(yù)報(bào)；確定月面著陸點(diǎn)及月面起飛點(diǎn)的精確坐標(biāo)，軌道器與上升器交會(huì)對(duì)接遠(yuǎn)程導(dǎo)引，月地轉(zhuǎn)移段的軌道器與返回器分離點(diǎn)預(yù)報(bào)等。
為完成月球距離交會(huì)對(duì)接段的軌道器與上升器的動(dòng)態(tài)雙目標(biāo)精確測量，VLBI采用了新的動(dòng)態(tài)雙目標(biāo)同波束測量方式，VLBI中心采用全新設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)雙目標(biāo)數(shù)據(jù)處理與測定軌系統(tǒng)，觀測站配置了新型多比特記錄傳輸一體化VLBI終端。在任務(wù)前，利用VLBI仿真數(shù)據(jù)，演練了從月面起飛到交會(huì)對(duì)接過程的VLBI測量關(guān)鍵步驟，為嫦娥五號(hào)的VLBI測軌定位工作做了充分的準(zhǔn)備。
在本次任務(wù)中，VLBI測軌分系統(tǒng)通過技術(shù)創(chuàng)新，不斷提高測定軌技術(shù)能力，將在后續(xù)的三個(gè)多星期時(shí)間里，日月伴隨嫦娥五號(hào)，為其艱辛的旅程保駕護(hù)航，努力為嫦娥五號(hào)的圓滿成功及我國首次月面采樣返回做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
多項(xiàng)關(guān)鍵材料保障“嫦娥五號(hào)”探測器可靠運(yùn)行
在此次航天任務(wù)中，中科院上海硅酸鹽所承擔(dān)了熱控涂層、高溫抗氧化涂層、高溫隔熱屏、發(fā)動(dòng)機(jī)包覆材料、柔性薄膜熱控涂層及組件、耐燒蝕天線透波窗，以及大尺寸二氧化碲晶體、壓電陶瓷等關(guān)鍵材料的研制。
中科院上海有機(jī)所研制的陀螺儀專用浮液和有機(jī)熱控涂層，在這次航天任務(wù)中，保證了嫦娥系列探測器的可靠運(yùn)行。液浮陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛的一種陀螺儀，具有精度高、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于飛機(jī)、航天器、空間站等的導(dǎo)航和航姿系統(tǒng)中。有機(jī)熱控涂層就像能調(diào)控溫度的衣服穿在航天器和儀器的外表面。在嫦娥系列探測器上，同樣使用了上海有機(jī)所研制生產(chǎn)的有機(jī)熱控涂層，這些涂層為航天器的正常工作溫度環(huán)境保駕護(hù)航。
中科院上海有機(jī)所是我國研制及批量生產(chǎn)高比重、高粘度，陀螺專用氟油的重要單位，同時(shí)也是我國系統(tǒng)研制有機(jī)熱控涂層的重要單位。值得一提的是，有機(jī)熱控涂層研制組是上世紀(jì)60年代為滿足我國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”研制而成立的。
來源：中國科學(xué)報(bào)
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