测月雷达:给月球做B超
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商圣科技01月12日消息:


 
测月雷达:给月球做B超  
 

月亮的表面下面究竟有什么?这是人类长久以来的疑问。2018年12月8日,中国嫦娥四号月球探测器在西昌卫星发射中心成功发射。此次任务的最大亮点是,中国将实现世界首次月球背面软着陆和巡视探测,这被认为是工程技术和空间科学的双重跨越和创新。

据介绍,本次承担月球背面巡视探测任务的月球车,基本继承了玉兔号的状态。其中,中国科学院空天信息研究院(原电子所)承担了测月雷达有效载荷的研制任务,“嫦娥四号测月雷达完全继承了嫦娥三号测月雷达技术状态。”中科院空天信息研究院研究员周斌说。

穿透月球表面的透视眼

人梦想有一双能透视物体的眼睛,月球车就有一双这样的眼睛,测月雷达就是它的“透视眼”。

“测月雷达通过电磁波对月球浅层地质结构进行探测,透视月球表面下的真相。”周斌告诉《中国科学报》记者,月球表面干燥,有利于电磁波的穿透,测月雷达可由此获取巡视器行走路线下方区域月壤厚度及其分布、漂石和熔岩管等的分布以及月球次表层岩石地质结构等信息。

测月雷达由发射机、天线、电控箱(含接收机、控制器)等几部分组成,包含两个通道,两通道的天线均为收发分置形式。第一通道发射天线和接收天线安装于月球车后部的顶板下侧,第二通道天线安装于月球车底部的底板下侧。

周斌介绍,月球表面有一层厚厚的土壤层,根据科学家的推算,这层土壤层厚度大致在5米至10米范围内分布。其中,测月雷达第二通道的设计主要是用于土壤层厚度的高分辨率探测。

移动办公,给月球做B超

待它登陆月球后,测月雷达就可像给人体做B超一样,所到之处都能将月壤厚度及浅层地质结构等信息窥视得一清二楚。不过它不是定点探测,而是“移动办公”。

测月雷达的探测伴随月球车的移动而进行。当月球车移动时,测月雷达以收发天线共偏移点的方式工作,通过发射天线往月面下发射脉冲电磁波信号,电磁波信号在月壤或月岩中遇到分层等介电常数不连续的目标时会发生后向反射和散射,形成回波,被接收天线接收。科学家只需对接收到的回波信号进行处理,就可获得一副地下目标的剖面图像。获得的连续剖面图像的纵坐标为电磁波的双程传播时间,横坐标为巡视器移动的距离。电磁波的传播速度确定后,探测深度就可由双程传播时间计算出来。

周斌告诉记者,针对国家探月工程重大科技专项的科学目标需求,自2003年起,中科院空天信息研究院研究员方广有便带领团队开展测月雷达的技术研究工作,攻克了测月雷达的一系列核心关键技术,成功研发出嫦娥三号测月雷达。2013年12月,测月雷达成功登陆月球表面,并随玉兔号月球车行走了114米。

“这是人类第一次利用雷达技术实地探测月球局部地区月壤厚度分布和浅层地质结构分布等月球地下信息。”他介绍,相关研究成果在《SCIENCE》、《PNANS》等世界顶级学术刊物上均有发表。

多重测验,见过大世面

“月球上绝对干燥,而地球上的大陆性冰川无液态水,其介电常数和对电磁波的衰减均与月壤接近,可以在大陆性冰川开展探测验证试验。”周斌介绍,早在2011年8月底,研究团队便在甘肃省肃北蒙古族自治县境内的祁连山老虎沟12号冰川进行了测月雷达的探测试验。“其中第一通道探测到了超过130米的分层,第二通道探测到了超过50米的分层。”

记者得知,此次登月计划前,嫦娥四号测月雷达已按照探测器环境试验大纲的要求完成了所有规定的环境试验。同时使用嫦娥三号测月雷达鉴定件开展了室内试验场补充探测试验,用于验证测月雷达对浅层目标的探测识别能力。

此时此刻,望着消失在空中的这台拥有多重试验和测试保证的测月雷达,周斌表示,希望它能顺利抵达月球表面进行巡视探测,并能获得超过10千米的巡视距离。


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