光电技术在中国深空探测中的应用

摘要：文章从深空探测正在进行的项目出发，对深空探测器有效载荷对光电技术的需求进行了分析，从而阐述了光电技术在中国深空探测中的应用。月球探测器典型的“嫦娥一号”和“嫦娥二号”就是中国已经发射的应用光电技术的深孔探测项目，具有一定探测价值。

关键词：光电技术；深空探测；深空探测器；月球探测；有效载荷 文献标识码：A

中图分类号：V476 文章编号：1009-2374（2015）29-0050-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.025

2004年初，我国开始“嫦娥一号”的工程，历时三年发射成功。对绕月探测的时间达到1年4个月之久，使我国深空探测的科学目标得以顺利完成，大量的科学数据也是通过这项工程获取来的。“嫦娥二号”工程是在“嫦娥一号”工程的基础上拓展的项目，其意义在于实现可控撞月。历时3年，“嫦娥二号”发射于2010年10月1日，在多项技术上能够完成突破，使预定的工程目标顺利完成，100km的全月球图像和15km的虹湾图像也是从这项技术中绘制的。无人月球探测工程的方针一共有三个步骤：绕、落、回。目前，“嫦娥三号”和“嫦娥四号”工程的研发正在致力于将月球软着陆。

1 金星和火星的首次探测

在深空探测领域发展中，我国是位居前几名的，由于金星和火星的探测符合科学的发展，所以我国更应该致力于研究火星和金星的首次探测，以促进我国航天探测领域的发展。

探月技术和“嫦娥”卫星技术是首次火星探测方案理论实践的基础，我国应坚持自己在航天领域的科学探测目标，对长时间飞行的自主管理技术和远大的监控通信技术以及自主导航与控制在深空条件下的技术等问题进行解决。环火探测是最主要的探测方式，为期10个月的探测器地火转移阶段，1个火星年是环火工作初步拟定的时间。火星探测的主要目的是判断人类是否能够在火星上顺利生存，所以探测的内容包括大气圈演化和火星气候的变化、火星上是否有生命生存过的迹象、火星是怎样进行演化的、火星的各项能源等方面。

地球和太阳之间是金星存在的位置，地球到火星的距离要大于地球到金星的距离。基于此，我们对金星探测要比火星探测更容易一些，包括在测控通信、飞行的动力、能源需求等方面。金星探测的问题主要是对于太阳近距离产生热的问题，我国在控制热的技术上有良好的手段，基于此，我国金星探测工程直接衔接火星探测工程。金星探测主要的任务是，通过探测器围绕金星大气层外飞行，继而对大气特征及其金星表面金星探测，从大气层内进入，做漂浮探测。符合中国发展的深空探测项目不仅包括首次金星和火星探测、无人月球探测，还包括对载人登月的工程项目和月球外天体的探测项目。实现载人登月是人类走出地球的必然趋势，迄今为止，人类唯一到达地球之外的天体就是月球，所以在未来的20年内，根据深空探测技术的蓬勃发展，我国载人登月的愿望一定可以实现。

2 光电技术在中国深空探测领域中的应用

深空探测器在轨道方面定义为：处于近地轨道对深空探测的一种飞行器，其对光电技术是有一定需求的。光电技术在中国深空领域能够起到确定的作用。探测器姿态敏感器主要能实现探测器的姿态测量。光学敏感器、陀螺仪、射频敏感器和磁敏感是姿态敏感器的主要部分。光学敏感器主要应用于太阳敏感器、星敏感器、红外地球敏感器、对月球和地球的紫外敏感器和图像敏感器等，应用是十分广泛的。飞行器本体坐标系与空间已知基准方向关系的确定需要通过光学敏感器实现。光电技术在中国深空领域能够起到导航的作用。探测器轨道参数是通过自主导航来确定的，对飞行和探测对象按照光学敏感器把其分为不同的阶段，这里的光学敏感器包括星跟踪器、红外地球敏感器、太阳敏感器、可见光CCD敏感器、空间六分仪、陆标敏感器和紫外敏感器等。探测器的运动参数是通过这些敏感器来测量的，运动参数包括速度、加速度和角速度等。深空探测巡视器的遥操作导航、自主导航、半自主导航都离不开光电技术。通过人工遥操作能够使巡视器进去自主或半自主的导航状态，这要求巡视器具备良好的执行任务和生存能力。其作用是对自身环境、位置和速度信息的获取。基于此，敏感器的多种结合技术能够赋予一定的航天导航功能。同时，光电技术在中国深空领域能够起到监视的作用。这能够真实地对关键部件的动作进行掌握，使地面随时接受图像。光电技术在中国深空领域的广泛应用是有效载荷的需要和空间飞行器交汇对接的需要。光电技术在中国深空领域能够起到测控通信的作用和满足探测器多方面需求的作用。

3 我国深空探测器利用光电技术的应用展望

目前，我国“嫦娥一号”和“嫦娥二号”卫星的成功发射都离不开光电技术的支持，光电技术未来的探测活动也是最基本的一项技术。“嫦娥一号”卫星在光电技术的利用上主要包括：CCD立体相机设备，扫推方式是干涉成像光谱仪器采取的主要方式，元的点光图谱是经过数学处理得到的，同时为二维重构光谱图像提供了条件，从而得到月球表面物质分布信息和类型数据。半导体泵浦固体激光器是激光高度计采用的主要仪器，它能够向月球表面发射大功率的窄脉冲激光，同时将月球表面后散射的激光信号心理接收，继而计算出卫星与月球表面距离，这是利用测量光往返延迟时间作为依据计算的。星敏感器的卫星相对于惯性空间的姿态是通过星图识别和恒星的观测来获取的。月球的紫外谱段探测主要通过采取紫外敏感器进行，它能够将环月飞行时，基于月球中心，卫星的方向进行有效识别，以对卫星相对轨道参考系的姿态信息数据进行获取。未来的光电技术在“嫦娥二号”卫星的主要应用包括对具有更高的分辨率的CCD立体相机的更新设备等的使用。光电技术在“嫦娥三号”卫星的主要应用包括在相机的运用上采取的是地形地貌、降落、极紫外和全景相机，望远镜采用的是月基光学望远镜和空外成像光谱仪。

4 光电技术在中国深空探测领域的发展方针

针对光电技术在深空探测领域中的广泛应用，本文阐述一些有效的发展方针。我国深空探测的今后发展需求和实践方面由于受到光电技术的影响，使探测器性能和功能上受到了一定的制约，所以提高光电技术就是我国深空探测领域有效发展的前提。提高光电技术首先要从器件入手，突破传统的结构部件，研发新型的、轻质的、高性能的光学部件；其次我国要进一步提高敏感器的设计水平和制造水平，在对GNC设计和探测器的总结设计中，要经过多种方案的权衡选择，对敏感器进行最合理的安排，增加系统性能，使器件不受到其他因素的影响。此外，对光电的有效电荷制造和设计水平一定要看作提高光电技术的重中之重，对一个设备的多种应用方法进行探索。“嫦娥二号”就是通过尝试紫外敏感器对敏感器功能和光学探测融为一体的方式，使其姿态确定功能的同时，又能够将月球紫外谱段图像进行绘制，除此之外，它还可以在导航中应用；最后在中国深空探测工作中还要对可能形成的项目预言工作建议进一步加强，这在一定程度可以使深空探测事业得到持续

发展。

5 结语

综上所述，中国深空探测的发展离不开光电技术的支持。从事光电技术研发的技术人员对我国深空探测事业的发展具有很大程度的贡献，只有从根本上落实对光电技术的发展，才能够找到深空技术发展领域的切入点，从根本上为我国深空探测事业技术水平做出一定

贡献。

参考文献

[1] 叶培建，饶炜.光电技术在中国深空探测中的应用[J].航天返回与遥感，2011，32（2）.

[2] 罗建将，李洪祚，唐雁峰，等.深空探测激光通信技术发展研究[J].航天器工程，2013，22（2）.

[3] 叶培建，彭兢.深空探测与我国深空探测展望[J].中国工程科学，2006，8（10）.

作者简介：寇雷雷（1986-），女，吉林四平人，吉林工程职业学院助教，硕士，研究方向：光学工程。

（责任编辑：陈 倩）