字体大小：大 | 中 | 小 2007-12-10 20:21 - 阅读：122 - 评论：0

       嫦娥一号成功进入工作轨道 开始绕月探测

    中国完成最远太空长征 成功迈入月球俱乐部

嫦娥一号卫星有效载荷及当前状态简介

1、引言 

    中国计划2007 年进行首次月球探测。首次月球探测卫星被命名为嫦娥一号卫星。本文介绍了嫦娥一号卫星的科学目标，有效载荷配置，以及目前工作进展情况。

    嫦娥一号卫星的科学与应用目标分为以下4 个方面。
（1） 获取月球表面三维影像
（2） 分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布
（3） 评估月壤厚度
（4） 探测地-月空间环境

    为实现上述的科学目标，选择了以下五类有效载荷
（1） CCD 立体相机和干涉是成像光谱仪；
（2） 激光高度计；
（3） 伽马射线谱仪和X 射线谱仪；
（4） 微波探测仪；
（5） 空间环境探测系统。

2、嫦娥一号卫星有效载荷

2．1 有效载荷数据管理系统 

    有效载荷数管系统由总线控制器、远置终端、大容量存储器、高速多路复接器和载荷配电器5台设备组成。有效载荷数管完成有效载荷供配电、数据采集、图像压缩、数据存储、数据复接等功能。有效载荷数管系统采用分布式的结构，将有效载荷连接在一起，总线控制器是这个系统的控制核心，如图1 所示。

    主要性能指标如下：
    大容量存储器存储容量48Gbits
    图像压缩比 ≥2 倍
    高速多路复接器数据输出速率为3Mbps，数据输出格式符合CCSDS 高级在轨系统标准。

图1 有效载荷系统构成

2．2 光学成像探测系统 

    光学成像探测系统由CCD 立体相机和干涉成像光谱仪组成。 

    CCD 立体相机以自推扫模式工作，为了重构月表立体影像的需要，在设计时选择CCD 探测器上的三行数据输出，该三行像元分别对应星下点、前视16.7°和后视16.7°的位置。 卫星在飞行时，CCD立体相机沿飞行方向对月表目标进行推扫，可以得到月表目标三个不 同角度的图像。CCD立体相机性能指标如下：
    a. 月表地元分辨率DS＝120m
    b. 月表成像宽度L＝60km 

    CCD 立体相机完成后做了定标实验和地面验证。定标内容包括相对定标（平场）和绝 对定标，得到了12 个相对定标修正矩阵、12 个绝对修正系数。同时，进行了模拟推扫验 证试验，图3 是模拟推扫结果。

      图2 立体相机原理图            图3 立体相机推扫的左中右视图像

    干涉成像光谱仪能够同时获得目标的二维空间信息和一维光谱信息，是一种新型光学 遥感器。在分析了总体技术指标和遥感器工作环境的基础上，选用空间调制干涉成像光谱 仪方案。干涉成像光谱仪工作时一次曝光得到月表目标一个条带的干涉图（条带的长度对应干涉成像光谱仪的视场大小，条带的宽度对应干涉成像光谱仪的地元分辨率），利用卫星 的飞行，对月表目标进行推扫，可以获得目标的干涉图。干涉成像光谱仪性能指标如下：
    a. 刈幅宽度： L=25.6 km
    b. 月表像元分辨率: DS=200 m
    c. 光谱范围： λ=0.48~0.96 μm
    图4 为干涉成像光谱仪原理图，图5 为干涉成像光谱仪照片，图6 为干涉成像光谱仪光学结构图。

图4 干涉成像光谱仪原理图

图5 立体相机和干涉成像光谱仪

    CCD 立体相机完成后做了定标实验和地面验证。定标内容包括相对定标（平场）和绝 对定标，得到了12 个相对定标修正矩阵、12 个绝对修正系数。 

        B W/m2•sr•(0.48～0.96) 

图7 干涉成像光谱仪线性度

图8 立体相机线性度

2．3 激光高度计 

    激光高度计主要功能是测量卫星到星下点月球表面的距离。激光高度计从卫星上发射 一束大功率的窄脉冲激光到月球表面，并接收月球表面后向散射的激光信号，通过测量激 光往返延迟时间来计算卫星到月表的距离。主要指标如下：
    作用距离 200km
    月面足印 Φ120m
    激光波长： 1064 nm
    激光能量： 140 mJ
    测距分辨率： 1m 

    激光高度计完成后，对激光能量，测距作用距离等进行了验证，同时对测距系统偏差进行了校准。 

图9 激光高度计

    定标结果：
    等效作用距离： 75_~270km
    激光发散角： 0.499mrad 等效月面足印98.8m
    测距不确定渡： σ=1.55m
    分辨率： 1m 

2．4 γ/X 射线谱仪 

    γ/X 射线谱仪具有探测月表元素受宇宙射线激发产生的γ射线和荧光X 射线能谱，通过数据处理获得月表主要元素的含量和分布，从而确定月球表面位置类型和资源分布的功能。γ/X 射线谱仪由γ 射线谱仪和X 射线谱仪组成。 

    当月球表面的伽玛射线进入探测器后，闪烁体会将伽玛射线转换为可见光光子，光电倍增管将光信号转化为电信号，最后通过电子学电路将电信号转化为数字信号。数字信号的大小代表入射伽玛射线的能量。γ 射线谱仪主要技术指标如下：
    仪器能量分辨：γ射线探测（9%@662 keV）
    探测能量范围： 300keV～9MeV 

    γ 射线谱仪完成后进行了能量分辨率、反符合效率等的测试，同时进行了月球模拟样品盲测试验。 

 图8 r 射线谱仪                      图9 能量分辨率曲线

    X 射线谱仪由X 射线探测器（阵列）、太阳X 射线监测器、带电粒子屏蔽、电子学及数据获取系统组成。X 射线谱仪探测器（Si-PIN 阵列）用于观测月球方向发生的X 射线事例，月表有X 射线产生时，X 射线谱仪在自己有效能段内的对事例进行成像观测，即来自月表X 射线被由x 和y 两方向Si-PIN 探测器阵列所探测。太阳监测器用来观测太阳X 射线辐射，用以配合月表X 射线观测，进而获得元素的绝对丰度分布。X 射线谱仪主要技术指标如下：
    探测能区： 1～60 keV
    分辨率: ≤600eV@5.95keV

    X 射线谱仪完成后进行了能量分辨率、有效面积、温度漂移等的测试，同时进行了月球模拟样品盲测试验。 

图10 X 射线谱仪                  图11 盲测样品测量能谱

2．5 微波探测仪 

    微波探测仪主要用于测量不同深度的月壤微波辐射亮温，进而反演月壤厚度的信息并对月球的氦-3 资源量和分布进行评估。 

    微波探测仪主要是接收月球表层和次表层辐射的多频段微波信号，它由接收机、观测天线、定标天线组成。微波探测仪观测天线具有垂直指向月球表面的定向波束以接收月球的微波辐射能量。为了提高探测数据的准确度，还设置对应的定标天线。微波探测仪以冷空为定标源，因此定标天线是对冷空观测天线。微波探测仪主要技术指标：
    频率选择：3.0GHz，7.8GHz，19.35GHz 和37GHz 四频段
    温度分辨率：0.5K 

    微波探测仪完成后，测量了微波接收机的线性度和灵敏度，测量了从天线口面到接收机输入端的传输系数，建立传输模型，得到其随温度变化的函数关系。从而建立了微波探测仪的整体定标方程。 

图12 微波探测仪构成

2．6 空间环境探测系统 

    空间环境探系统由太阳高能粒子探测仪和太阳风离子探测器组成。

    太阳高能粒子探测器探测的主要对象是以不同形式来自太阳的带电粒子，如太阳宇宙线、太阳粒子事件等。仪器的探测内容为质子、电子、重离子的方向通量以及质子的能谱。通过探测带电粒子的通量，可以得到粒子的空间分布以及粒子在空间的运动规律等信息。主要技术指标如下：
    电子   E1： ≥100KeV
           E2： ≥2.0MeV
    质子   P1： 4MeV～8MeV
           P2: 8MeV～14MeV
           P3: 14MeV～26MeV 
           P4: 26MeV～60MeV
           P5: 60MeV～150MeV
           P6: 150MeV～400MeV
    重离子 He: 13MeV～105MeV
           Li,Be,B:34MeV～210MeV
           >C ： 117MeV～590MeV 

    太阳高能粒子探测器模拟信号源定标试验和加速器定标试验。 

    太阳风离子探测器的探测对象为太阳风中的低能离子成分及其空间分布。太阳风离子探测器采用带顶盖的半球形静电分析器方案。太阳风离子探测器传感器是由准直器、半球型静电分析器、微通道板组成。主要技术指标为：
    A. 探测能量： 0.05_~20 keV
    B. 能道划分： 48通道，近对数划分 

    太阳风离子探测器完成后，在法国对设备的角分辨能力，能量分辨能力等进行了测试。 

图13 高能粒子探测仪                  图14 太阳风离子探测器

3．有效载荷当前状态 

    有效载荷正样件已经全部完成，除个别仪器的定标数据尚在整理以外有效载荷定标工作也已完成，有效载荷设备已经装星，正在参加整星测试。 
 

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