巡视器与着陆器实现互拍 见证嫦娥四号任务成功

2018年12月8日2时23分，嫦娥四号探测器从西昌卫星发射中心成功发射，开启了月球探测的新旅程，这是中国航天探月工程“绕”“落”“回”三部曲中第二步“落”的重要一环。 

截至目前，嫦娥一号卫星圆满完成一期“绕月”使命；二期包含嫦娥二号、三号、四号三次任务。嫦娥二号作为先导星，已成功为嫦娥三号验证了部分关键技术并对预选落月区域进行了重点探测；2013年，嫦娥三号成功落月并开展月面巡视勘察，嫦娥三号着陆器成为了在月球表面工作时间最长的人造航天器。 

2014年嫦娥三号任务圆满完成后，国防科工局牵头组织开展了嫦娥四号任务实施方案调整的论证工作。综合考虑国际前沿、科学价值、经济和技术可行性等因素，最终确定了月球背面软着陆和巡视探测的总体方案。月球背面具有独特的电磁场环境和地质特征，特别适合开展低频射电探测等空间天文学研究和月球物质成分探测等科学研究。同时，月球背面着陆探测尚属国际空白，有利于增进人类对宇宙未知奥秘的认知。 

嫦娥四号任务于2016年1月正式启动，包括中继星和探测器两次任务。“鹊桥”中继星于2018年5月21日在西昌卫星发射中心由长征四号丙遥二十七运载火箭成功发射，进入环地月拉格朗日L2点使命轨道。 

2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器经历地月转移、近月制动、环月飞行，实现了人类首次月球背面软着陆，开展月球背面就位探测及巡视探测，并通过已在使命轨道运行的“鹊桥”中继星，实现月球背面与地球之间的中继通信。 

2019年1月11日下午，嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器工作正常，在“鹊桥”中继星支持下顺利完成互拍，地面接收图像清晰完好，中外科学载荷工作正常，探测数据有效下传，搭载科学实验项目顺利开展，达到工程既定目标，标志着嫦娥四号任务圆满成功。经过地面数据接收与处理，16时47分，北京航天飞行控制中心大屏幕上呈现出着陆器和巡视器的互拍影像图。图像清晰显示了着陆器和巡视器周围的月背地形地貌，两器上的五星红旗分外醒目。中国科学院西安光学精密机械研究所（以下简称：西安光机所）研制的全景相机让全世界人们看到了鲜艳的五星红旗随中国制造的探测器在月球背面闪耀。 

嫦娥四号全景相机正样产品照片

巡视器拍摄着陆器携带五星红旗的清晰全景照片

作为嫦娥三号的“姊妹星”，嫦娥四号全景相机肩负拍摄着陆器彩色照片的重任。两台完全一致的相机安装在巡视器桅杆上，宛如人之双目，通过类似人眼“双目立体视觉”原理，实现对巡视区月面的立体成像；依靠桅杆的左右旋转和上下俯仰，实现大视场和上下大范围的全景成像，再通过图像拼接及立体反演，得到月面巡视区的全景三维立体图像。以实现巡视区月表的三维光学成像、地形地貌研究、撞击坑调查与研究、月球地质构造解析和综合研究的科学目标。 

嫦娥四号全景相机具有黑白和彩色两种成像模式，可实现从巡视器脚下到月球边际无穷远的清晰成像，并且在近距离观测时可实现毫米量级的空间分辨率。全景相机拍摄的图像也将对巡视器上其他载荷的探测起到指导作用。 

西安光机所针对国家探月工程及深空探测的科学布局，以长期参与我国探月工程的骨干力量为班底成立了月球与深空探测技术研究室。自探月工程一期以来，该团队先后承担了嫦娥一号CCD立体相机和干涉成像光谱仪、嫦娥二号CCD立体相机、嫦娥三号全景相机和月基光学望远镜、嫦娥四号全景相机等有效载荷的研制，圆满完成各项工程任务和科学目标。 

嫦娥一号CCD立体相机为我国获取了首幅地面分辨率为120m的全月立体图，图像清晰、层次丰富，为当时国际上最完整的全月面图像；嫦娥一号干涉成像光谱仪获得了84%月表面积的清晰多光谱图像，科学家们用该原始数据，成功反演了月表主要矿物分布和铝、镁、钛等元素的含量。嫦娥二号CCD立体相机为我国获取了首幅分辨率优于7m的全月图及月面虹湾地区1.3m分辨率图像，为嫦娥三号落月探测勘察了“落脚点”；搭载于“玉兔号”巡视器上的嫦娥三号全景相机实现了我国首次月表实地高分辨率立体成像，获得了大量科学数据用于月表地形地貌研究，同时获得了着陆器清晰鲜艳的彩色照片，为标志嫦娥三号任务圆满成功的两器互拍提供了保证；月基光学望远镜实现了人类首次月基天文观测，从月面着陆到现在，望远镜一直工作正常，共发回数万张从月面获得的星图，是嫦娥三号获得有效数据最多的载荷，也是唯一还在工作的载荷。 

西安光机所作为我国深空探测领域经验丰富、技术精湛的主力军，目前正在承研探月工程后续任务、首次火星探测工程任务。西安光机所将紧密围绕国家空间科学工程需求，积极参与国家月球探测后期工程、小行星探测、木星探测等深空探测领域工程任务规划，助力我国在深空探测领域不断迈出新步伐。 

（光机所 月球与深空探测研究室质量计划处 综合处 供稿）