目前正環(huán)繞月球運行的嫦娥二號衛星，將在半年的既定時(shí)間內，完成四項科學(xué)目標：獲取分辨率優(yōu)于10米的月球表面三維影像、探測月球物質(zhì)成分、探測月壤特性、探測地月與近月空間環(huán)境。這四大目標，將在嫦娥一號科學(xué)探測結果的基礎上獲得更加豐富、準確的探測數據，為后續月面軟著(zhù)陸及深空探測任務(wù)奠定重要的技術(shù)基礎，深化人類(lèi)對月球的科學(xué)認知。

　　擔負這四大科學(xué)重任的就是嫦娥二號衛星隨身攜帶的有效載荷——執行探測任務(wù)的七種儀器裝備：TDI—CCD立體相機、激光高度計、X射線(xiàn)譜儀、γ射線(xiàn)譜儀、微波探測器、太陽(yáng)高能粒子探測器和太陽(yáng)風(fēng)離子探測器。

　　TDI—CCD立體相機是新研制的，其余六種也都比嫦娥一號攜帶的有所改進(jìn)。它們的“體重”加起來(lái)只有140公斤(衛星總“體重”為2480公斤，其中燃料為1310公斤)，經(jīng)過(guò)重新設計和改進(jìn)，武藝更加高強。

　　立體相機、激光高度計

　　獲取月球表面三維影像

　　“嫦娥一號”攜帶的立體相機，是普通的CCD相機，中科院西安光機所經(jīng)過(guò)重新研制后，這次攜帶的是TDI—CCD相機，它采用多條線(xiàn)陣CCD對同一目標多次曝光原理，可以滿(mǎn)足分辨率提高對相機曝光控制的要求，是我國相關(guān)載荷研制技術(shù)的一個(gè)重要突破，也是國際上首次在月球探測中使用。嫦娥二號環(huán)月飛行時(shí)遠月點(diǎn)高度為100公里、近月點(diǎn)高度最低只有15公里，加上重新研制后如虎添翼，TDI—CCD相機把圖像分辨率從嫦娥一號的120米，提高到10米左右，在15公里軌道處甚至可以達到1米。

　　由于月球上既有數千米的高山，也有幾千米的深谷，光用CCD立體相機還不能精確測量出高山和深谷的高度、深度，需要激光高度計助力。

　　激光高度計相當于激光雷達，可以打一束激光到月球表面，并接受反射光。這樣，通過(guò)計算激光返回時(shí)間，就可以獲得衛星離月球表面的距離。嫦娥二號上的激光高度計經(jīng)過(guò)改進(jìn)，探測頻度由嫦娥一號的1秒鐘采一個(gè)點(diǎn)，增加到1秒鐘采5個(gè)點(diǎn)，相當于衛星繞月球每飛300米就有一個(gè)探測點(diǎn)，密度增加了5倍。

　　利用TDI—CCD立體相機可獲取分辨率更高的月球表面三維影像，結合激光高度計獲取的月表地形高程數據，可獲取月球表面高精度地形數據，為后續著(zhù)陸區優(yōu)選提供依據；同時(shí)，也為劃分月球表面的地貌單元精細結構、斷裂和環(huán)形構造，提供原始資料。

　　X射線(xiàn)譜儀、γ射線(xiàn)譜儀

　　探測月球物質(zhì)成分

　　看清楚月球的長(cháng)相之后，下一步就要了解月球上分布著(zhù)什么元素，物質(zhì)的組成怎樣。人眼利用可見(jiàn)光通過(guò)顏色去分辨物體，X射線(xiàn)、伽馬射線(xiàn)的波長(cháng)要比可見(jiàn)光短得多，利用這些射線(xiàn)可以用來(lái)分辨元素種類(lèi)。

　　這次γ射線(xiàn)譜儀的探測晶體由原來(lái)的碘化銫，改為新的材料——溴化鑭，使探測靈敏度提高了1倍多；X射線(xiàn)譜儀的譜段，也由原來(lái)的10KeV—60KeV，縮小為25KeV—60KeV。這樣，就可以更好地探測月球表面9種元素——硅、鎂、鋁、鈣、鈦、鉀、釷、鈾的含量與分布特征，獲得更高空間分辨率和探測精度的元素分布圖。

　　微波探測器

　　探測月壤特性

　　探測月壤特性、估算其厚度，原本可以用雷達。但雷達功耗大，占用衛星資源多，為此嫦娥一號和二號攜帶的都是微波探測儀。它實(shí)際上是只接收月面微波輻射的微波輻射計，所需能量雖小，卻可以接收4個(gè)頻段(3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz、37GHz)的月面微波輻射，不同的微波頻段，可以帶來(lái)月表下不同深度的月壤或月巖信息。

　　嫦娥二號的微波探測器沒(méi)有做太大改動(dòng)。但是由于嫦娥二號的飛行軌道比嫦娥一號低，因此微波探測器天線(xiàn)波束在月面的覆蓋就會(huì )縮小，從而提高了探測的空間分辨率。這些新的數據，可以結合嫦娥一號微波探測器的數據進(jìn)行聯(lián)合分析，獲得更準確的月壤信息。

　　太陽(yáng)高能粒子探測器、太陽(yáng)風(fēng)離子探測器

　　探測地月與近月空間環(huán)境

　　任何一個(gè)航天器到了新的星球，必然要了解所處空間的未知環(huán)境，特別是太陽(yáng)高能粒子和太陽(yáng)風(fēng)，來(lái)保護自己的安全。太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)發(fā)出的帶電高能粒子和太陽(yáng)風(fēng)即太陽(yáng)噴發(fā)出的帶電低能量粒子流，都會(huì )導致衛星及其有效載荷失靈。

　　嫦娥二號衛星在軌運行期間，正值太陽(yáng)活動(dòng)高峰年，是探測研究太陽(yáng)高能粒子事件、CME(日冕物質(zhì)拋射，即太陽(yáng)日冕中的物質(zhì)瞬時(shí)向外膨脹或向外噴射的現象)、太陽(yáng)風(fēng)，及它們對月球環(huán)境影響的最佳探測時(shí)期。利用太陽(yáng)高能粒子探測器和太陽(yáng)風(fēng)離子探測器，可獲取行星際太陽(yáng)高能粒子與太陽(yáng)風(fēng)離子的通量、成分、能譜及其隨時(shí)空變化的特征，用來(lái)研究太陽(yáng)活動(dòng)與地月空間及近月空間環(huán)境的相互作用。為后續探月工程提供環(huán)境科學(xué)數據。

　　需要說(shuō)明的是，在嫦娥二號衛星上，配合這七種有效載荷工作的還有一套管理系統，對這七臺儀器進(jìn)行指揮、控制、管理，并采集數據。其中的大容量存儲器為這次新研制的設備，它的存儲容量由嫦娥一號的48GB增加到128GB，而且吞吐速率更高，處理速度更快。這樣，會(huì )使七種有效載荷的工作效率更高、數據更可靠。

　　可以預見(jiàn)的是，嫦娥二號的科學(xué)探測結果，將非常值得期待。

　　(作者為中科院空間科學(xué)與應用中心主任、嫦娥二號衛星有效載荷總指揮，本報記者趙永新整理)

　　□鏈接

　　月球年齡與地球差不多，大約46億歲�；�本上是一個(gè)圓球體，體積相當于地球的1/49，質(zhì)量相當于地球的1/81，月面重力相當于地面的1/6。月球表面溫差很大，白天可達107℃，晚上最低只有-153℃。月球自轉周期恰好等于它繞地球公轉周期，因此任何時(shí)間在地球上只能看到月球的一面。吳季