一年之內(nèi)，嫦娥一號衛(wèi)星將攜帶精心設(shè)計的8種有效載荷，圍繞四大科學(xué)目標(biāo)，從200公里的上空對月球進(jìn)行科學(xué)考察。

　　在距離地球38萬公里之遙的深空環(huán)境中，這8種有效載荷是如何工作的?所探測的數(shù)據(jù)是否可靠?日前，記者采訪了嫦娥一號衛(wèi)星有效載荷總指揮、中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用中心主任吳季，請他解疑釋惑。

　　裝備：CCD立體相機(jī)、激光高度計

　　任務(wù)：探測月面地形地貌，獲取全月球立體圖

　　首次深空探測能否順利完成使命，引人關(guān)注，有效載荷由此“登臺亮相”。

　　所謂有效載荷，就是執(zhí)行科學(xué)任務(wù)的儀器裝備。嫦娥一號衛(wèi)星(以下簡稱“嫦娥”)上搭載的8種載荷總重130多公斤。為了準(zhǔn)確拍得月球全球的三維立體照片，“嫦娥”攜帶了兩臺專門的儀器：CCD立體相機(jī)和激光高度計。

　　據(jù)吳季介紹，“嫦娥”本身不大，除去燃料只有1000公斤多一點(diǎn)。為保證衛(wèi)星的飛行安全，衛(wèi)星裝有太陽能電池板、姿態(tài)控制等設(shè)備，這些就要占去80%多的衛(wèi)星資源，因此留給有效載荷的只有100多公斤重量和100多瓦功率的衛(wèi)星資源。在這樣的資源條件下，為了盡可能多地完成科學(xué)任務(wù)，有效載荷就要盡可能的小。CCD立體相機(jī)和激光高度計兩臺儀器，加起來體重不到30公斤。

　　由于針對的是月球全球性探測，反映其地形地貌，CCD立體相機(jī)的分辨率設(shè)為120米，雖然不是特別高，但完全滿足科學(xué)探測的要求。

　　設(shè)計相機(jī)的工程師們還動了腦筋，使這臺CCD立體相機(jī)可以前視、后視和正下視，一次掃過去，能夠同時獲得3幅圖像，等于3臺相機(jī)的作用。而且，除了前視圖像和后視圖像可以用來做立體照片之外，正下視還可獲得二維平面圖像。

　　在月球的兩極區(qū)域，陽光照到月面的角度非常低，有些地方甚至就是大面積的黑暗。為了能夠把目前國際上少有拍到的月球極區(qū)拍清楚，CCD立體相機(jī)上預(yù)留了一個曝光時間長達(dá)84毫秒的大光圈，但還沒用上，因為從目前情況來看，用20毫秒的光圈拍月球高緯度已經(jīng)足夠清楚。

　　“從目前CCD立體相機(jī)的工作狀況看，獲得的圖像質(zhì)量很好，層次豐富，科學(xué)家們相當(dāng)滿意。”吳季說。

　　然而，光用CCD立體相機(jī)拍到的月球立體圖還有缺憾：山高幾丈、谷深幾許并非那么準(zhǔn)確，而且到了黑暗處就會留下空白。這時候就該激光高度計出場了。

　　激光高度計每10秒打一束激光到月球表面并接受反射光，使得月球上間隔十幾公里就可以“有”一個點(diǎn)，而且分辨率精確到5米，通過計算激光返回時間和衛(wèi)星離月球的距離，就可以算出激光點(diǎn)所處的月球表面高度。

　　激光高度計好用，但卻不好安裝。最大困難就是如何把兩個光軸對準(zhǔn)，一個專門發(fā)射波束，一個負(fù)責(zé)接收。這兩個光軸如果裝歪了，激光束就有去無回。在安裝到衛(wèi)星的過程中，螺絲擰得緊不緊都會引起光軸位置變化。因此激光高度計是衛(wèi)星所有設(shè)備中第一個安裝的，以防止其他設(shè)備的影響，并且還需要在地球上模擬零重力安裝。

　　裝備：干涉成像光譜儀、伽馬射線譜儀、X射線譜儀

　　任務(wù)：探測月球表面的元素和礦物成分

　　看清楚月球的長相之后，下一步順理成章的就是要了解月球上分布著什么元素，物質(zhì)的組成怎么樣。要探個究竟，就要用到干涉成像光譜儀和伽馬射線譜儀、X射線譜儀。

　　吳季介紹說，人眼利用可見光通過顏色去分辨物體，X射線、伽馬射線的波長要比可見光短得多，利用這些射線可以用來分辨元素種類。伽馬譜儀的主要工作原理就是通過觀測月球表面的伽馬射線來判斷該伽馬射線由哪種元素發(fā)出以及該元素的豐富程度。為確保它們獲得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，在進(jìn)入太空之前，這些相關(guān)儀器就在地球上做過模擬測試。

　　干涉成像光譜儀更像是衛(wèi)星的一雙視力極佳的眼睛，用可見光來看出月球上物質(zhì)的不同顏色。吳季說，雖然從地球上看，月球以灰色為主，沒有太多種類的顏色。但用精密的光學(xué)儀器去看，就會有顏色深淺的區(qū)別。在專門研究地質(zhì)化學(xué)的科學(xué)家眼里，這些顏色的微小區(qū)別，就可能代表著地質(zhì)構(gòu)造的不同成分。“這也可以為以后月球著陸點(diǎn)的選擇提供參考。”

　　伽馬射線和X射線譜儀都曾有過太空經(jīng)歷，但這次都進(jìn)一步改進(jìn)。干涉成像光譜儀在空間應(yīng)用的比較少，它的優(yōu)勢在于尺寸很小，和CCD立體相機(jī)加起來一共才20多公斤，突破了衛(wèi)星資源的約束。[page_break]

　　裝備：微波探測儀

　　任務(wù)：探測月壤特性

　　要探測月壤特性，獲得其厚度信息，有許多辦法，比如使用雷達(dá)來探測。但雷達(dá)功耗大，占用衛(wèi)星資源就多。為此，“嫦娥”攜帶了一個微波探測儀，用的能量雖小，卻可以接收4個頻段的微波，來滿足精、小、高效的要求。

　　微波技術(shù)在地球上運(yùn)用得已經(jīng)非常廣泛。大氣中的水汽含量、土壤濕度、海水的鹽度、沙漠等干旱地區(qū)的面積等，都可以用微波來探測。月球是一個很干的沒有水的星球，因此微波可以穿透到比較深層的月表下面。

　　吳季介紹說，開始提出用微波的手段來探測月壤時頗有些爭議，微波的4種頻段的這4個參數(shù)能把月壤厚度評估出來嗎?

　　“從微波探測儀傳回來的第一組數(shù)據(jù)看，比較樂觀。因為4個頻段的微波數(shù)據(jù)都各不相同，體現(xiàn)了各自頻段具有的特性，透露出有關(guān)月壤的深度信息。既然有信息，就肯定能想辦法把它弄出來。現(xiàn)在國內(nèi)科學(xué)家都在努力，希望把月壤的厚度反演出來。”吳季說，微波探月壤厚度是一個創(chuàng)新，沒有前人經(jīng)驗可以借鑒。而且微波探測儀上4個頻段的接收設(shè)備要有一致性，否則很可能影響對月壤深度的判斷。

　　裝備：太陽高能粒子探測器、太陽風(fēng)離子探測器

　　任務(wù)：探測地月空間環(huán)境

　　任何一個航天器到了新的星球，必然要了解所處空間的未知環(huán)境，來保護(hù)自己的安全。“嫦娥”上的太陽高能粒子探測器和太陽風(fēng)離子探測器就是專門用來獲取地月空間環(huán)境信息。

　　“太陽高能粒子探測器的主要目的是為了探測太陽爆發(fā)時候的高能粒子，但現(xiàn)在是太陽活動低年，還沒有遇到爆發(fā)，這臺儀器還不曾用上勁，最近看到它的數(shù)據(jù)比較平靜。”吳季說，高能粒子探測器還和衛(wèi)星的安全有關(guān)，因為當(dāng)太陽爆發(fā)時會“拋”出大量高能粒子，這些高能量的帶電粒子會威脅衛(wèi)星安全。

　　“太陽風(fēng)”則是太陽發(fā)出的低能量粒子流，它被月球這樣的星體阻擋后怎么分布，是非常有意思的一件事。科學(xué)家認(rèn)定，月壤中豐富的氦―3元素主要是太陽風(fēng)帶來的。經(jīng)過長期的日積月累，吹向月球的太陽風(fēng)在月球表面的土壤層積累了豐富的氦―3。

　　“一年下來，‘嫦娥’可以對月球全球周圍的‘太陽風(fēng)’進(jìn)行系統(tǒng)的探測。”吳季說，太陽風(fēng)離子探測器目前已經(jīng)有了很好的數(shù)據(jù)，許多國外的科學(xué)家對之很感興趣，并且愿意拿他們的星際數(shù)據(jù)來交換。

　　“有效載荷對月球進(jìn)行科學(xué)探測，不僅能夠獲得我們盼望已久的第一手月球科學(xué)數(shù)據(jù)，而且還能為人類的空間科學(xué)做出貢獻(xiàn)。”吳季說，“比如月壤厚度、氦―3評估的結(jié)果我們到時候會向全世界公布，所有人都可以獲得這些有關(guān)資源的信息。”

　　他認(rèn)為，“嫦娥”是科學(xué)衛(wèi)星，對我國的空間科學(xué)發(fā)展能起到巨大的帶動作用，可以讓我們更好地探索、實(shí)驗新技術(shù)。反過來，空間科學(xué)的發(fā)展又能夠帶動航天科技的發(fā)展，成為航天科技應(yīng)用發(fā)展的源頭動力。