拍摄中国第一张全月球三维图的嫦娥一号卫星的激光高度计

拍摄中国第一张全月球三维图的嫦娥一号卫星的激光高度计

嫦娥一号卫星激光高度计2007年10月24随嫦娥一号卫星发射升空,11月28日在环月轨道上开机后, 获取了共计912万点有效月球三维高层数据, 圆满地完成了探测任务.

这项题为“嫦娥一号卫星载激光高度计”的研究成果发表在《中国科学∶ 物理学 力学 天文学》2010年8月第8期上。中国科学院上海技术物理研究所王建宇、舒嵘研究员与上海精密光学与机械研究所陈卫标研究员领导的共同科研团队研制了该设备。

该激光高度计是我国第一次自行研制的空间应用的激光主动遥感仪器, 其主要任务是获取月球表面三维立体影像，即是观测月球的地形地貌，激光高度计的测高分辨率为1米，测量最大误差是5米。

CE-1卫星激光高度计的核心是激光测距。激光高度计从卫星上发射一束大功率的窄脉冲激光到月球表面，并接收月球表面后向散射的激光信号，通过测量激光往返延迟时间来计算卫星到月表的距离。设激光信号从卫星到月表的往返时间为t，则被测距离R为R=ct/2，式中c为光速。

激光高度计作为我国第一个上天的激光有效载荷，具备完全的自主知识产权和明显得设计特色。

激光高度计系统首次工作在月球极轨轨道，激光高度计能有效地获取全月面，特别是月球南北两极的高程数据。国际上以前还没有系统的获取过月球南北两极的高程数据，嫦娥一号激光高度计在轨一年的科学数据将填补了这个世界空白。

激光作为一种新型遥感探测手段，我国是首次在空间应用。设备的研究过程中解决了大功率、长寿命半导体泵浦固体激光器的空间应用、高灵敏度窄脉冲回波探测、激光收发同轴装调、星载激光高度计地面模拟测试等多项核心技术。采用合理和优化的结构设计和选材，解决了系统轻量化问题。激光高度计中的主要核心元部件——激光管、储能电容器、半导体泵浦固体激光器、雪崩二极管等均采用了我国自行生产的元器件。该激光高度计的主要技术指标与同期发射的日本月亮女神号上的激光高度计相比，测量精度都是5米，在重量（嫦娥15.7千克/日本20千克）、作用距离（嫦娥200公里轨道/日本100公里轨道）等方面比日本先进。

这项研究成果是国家探月工程度支持下开展的，研究成果表明我国的激光应用技术又上了一个新的台阶。研究人员表示，这项研究成果科广泛地用于空间三维成像、目标探测、空间导航、大气测量等领域。如用于对地球待遥感，可实现全球三维高程测量，以及云和气溶胶的后向散射特性的测量等；该技术还可以直接用于空间小目标测距和探测应用，并可以快速为卫星姿态轨道控制系统提供近程目标相对距离、速度和三维图像。