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项目名称:嫦娥四号降落相机光学系统和中继星观测相机

申报单位:光电学院   负责人:徐之海

项目简介

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 1.  项目研究背景

嫦娥四号是人类历史上首次降落到月球背面的探测器,由中继星、着陆器和巡视器组成。

20168月由浙大徐之海团队提出的“嫦娥四号中继星成像观测相机”技术方案在“系统总师第五次会议”上审核通过。20177月国防科工局下达研制任务。成像观测相机由双分辨率相机、天线监视相机和相机控制器组成。在此之前,团队还承担了航天五院508所负责的“嫦娥四号着陆器降落相机”的光学系统设计研制任务。历经2年艰苦技术攻关和紧张工程研制,浙大团队于20081月完成了各项研制任务,交付卫星总体。

2.  项目负责人及研究团队简介

徐之海,求是特聘教授,先研院副院长。2011年获“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖,2017年获国防技术发明一等奖。在本项目中负责总体技术方案设计、研制技术路线制定、与总体技术协调。

李奇,副教授,光学成像工程研究所副所长。在本项目负责中继星观测相机系统成像电路与控制器技术攻关与设计,负责与相关制造企业的技术协调。

冯华君,教授,光学成像工程研究所所长。本项目中负责光机系统设计与装校技术攻关,突破了系统优化设计、高精度装调等关键技术,

其他团队成员:岑兆丰、边美娟、陈跃庭、李晓彤、蒋婷婷、罗鹏。

3.  项目特色和主要创新点

本项目标志着浙大团队完成了从航天光学部件到相机整机系统研制的技术跨越,主要创新点:浙大自主知识产权的双分辨率相机创新设计。主要技术特色:

(1)成像质量高:成像质量逼近物理衍射极限;

(2)空间适应性强:在高真空度、强辐射环境和恶劣温度环境中保证高成像质量;

(3)可靠性高:在经历发射强力学环境后和星上复杂电磁环境中保证可靠工作;

(4)重量轻体积小:相机系统总重量小于3Kg,显著优于其他单位15Kg重量。

4.  主要标志性成果

2018521日成像观测相机系统随嫦娥四号中继星成功发射。在卫星到达绕地月拉格朗日L2点的使命轨道后,相机系统于2018620日开机,天线监视相机成功获取了高增益抛物面通信天线的展开图像,出色完成了中继天线光学成像监视的任务2018713日和714双分辨率相机获取了人类历史上首次从地月拉格朗日L2点附近拍摄的地月合影及地球、月球特写图像。

2018128日降落相机光学系统随嫦娥四号降落相机发射升空。201913日在人类历史上第一次月球背面软着陆的过程中,降落相机光学系统表现出色,记录了嫦娥四号着陆全国过程,为安全着陆做出了重要贡献。国家探月工程中心对浙大的工作予以高度评价。

5. 项目在科学前沿上所取得的突破或者对国家和区域重大战略需求方面的贡献情况,请阐述其科学意义和社会价值。项目成果如在主要媒体上公开报道的,请说明媒体名称、报道时间和相关评述。

  中央电视台及国内主要媒体连续报道,世界各大媒体争相报道。2019220日,浙大徐之海教授作为主要参研参试人员之一受到习近平总书记等党和国家领导人的接见。

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科学解读

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嫦娥四号由于要着陆到月球背面,通讯链路空间被月球本身遮挡,因此要发射中继卫星(鹊桥号)到地月拉格朗日L2点(引力平衡点)附近的轨道上。浙大团队承担了嫦娥四号中继星上的成像观测相机系统,该系统包括一台双分辨率相机、一台天线监视相机和一台相机控制器。

1 中继星与地月位置关系

               

2 中继星观测相机系统

天线监视相机任务是实现对嫦娥四号(CE-4)中继卫星上的高增益通信天线、低频射电频谱仪天线的展开过程和展开状态进行光学监视。

双分辨率相机任务是在地月拉格朗日L2点附近对地月成像,获取地月合影、高分辨率地球和月球影像。

 

3 双分辨率相机和天线监视相机飞行产品

   嫦娥四号中继星成像观测相机系统于2018521日随鹊桥号成功发射。在到达绕地月拉格朗日L2点的使命轨道后,相机系统于2018620日开机,天线监视相机成功获取了高增益抛物面通信天线的图像,确认了中继天线正常展开状态,完成了监视成像任务。


4天线监视相机拍摄的照片

(顶部是中继天线,右下是低频射线谱仪的天线基座,中间是远方的地球和月球)

  双分辨率相机于713~14日开机,人类历史上首次获取了从地月拉格朗日L2点附近拍摄的地月合影及地球、月球特写图像。在轨运行情况表明,浙大光学观测相机工作可靠、像质清晰,圆满完成了预定任务,为保障中继星天线的可靠展开、展示我国探月工程的精彩过程做出了重要贡献。


  5 双分辨率相机人类历史上首次从地月L2附近拍摄的地月合影

   降落相机是探测器安全着陆过程中最为关键的眼睛,2019131026分,中国嫦娥四号探测器成功着陆于月球背面南极附近艾特肯盆地中的冯.卡门坑,人类历史上首次在月球背面实现了软着陆。浙大研制的降落相机光学镜头成像清晰,表现优异,成功记录了整个降落过程中的月面视频画面,为保障首次月球背面软着陆成功做出了重要贡献。


6 201913日降落相机拍摄的月背影像图

2019220日,浙大项目负责人徐之海教授作为嫦娥四号任务主要参研参试人员代表,受到习近平总书记等党和国家领导人的接见。由我校研制的双分辨率光学观测相机拍摄的地月合影照片成为国家航天局向习总书记汇报画册的封底。中央电视台及国内主要媒体连续报道,世界各大媒体争相报道。


7 国家航天局向党和国家领导人汇报图册

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项目团队

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    徐之海,求是特聘教授,先研院副院长。2011年获“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖,2017年获国防技术发明一等奖。在本项目中负责总体技术方案设计、研制技术路线制定、与总体技术协调。

   李奇,副教授,光学成像工程研究所副所长。在本项目负责中继星观测相机系统成像电路与控制器技术攻关与设计,负责与相关制造企业的技术协调。

   冯华君,教授,光学成像工程研究所所长。本项目中负责光机系统设计与装校技术攻关,突破了系统优化设计、高精度装调等关键技术,

   其他团队成员:岑兆丰、边美娟、陈跃庭、李晓彤、蒋婷婷、罗鹏。

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