中國科學(xué)院云南天文臺(tái)應(yīng)用天文研究團(tuán)組長期從事月球激光測距技術(shù)研究。據(jù)研究團(tuán)組副組長、副研究員李語強(qiáng)介紹,此次測距是在提高了指向精度和跟蹤精度,改善了探測效率和光學(xué)傳輸效率,并進(jìn)行多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)后實(shí)現(xiàn)的。

李語強(qiáng)說,從傳統(tǒng)技術(shù)看來,月球激光測距的主要難點(diǎn)在于共光路系統(tǒng)中激光發(fā)射和激光接收轉(zhuǎn)換,需要保證系統(tǒng)能正常發(fā)射激光,并接受回波信號(hào);望遠(yuǎn)鏡跟蹤指向精度,當(dāng)望遠(yuǎn)鏡指向精度為3秒時(shí),指向月球時(shí)激光束的中心與月面反射器的間距最大可達(dá)6千米,而最大的月面反射器——阿波羅15號(hào)有效反射面積僅是3402平方厘米,這將直接影響到激光測月的成功。此外,激光光束質(zhì)量及光學(xué)系統(tǒng)效率,影響激光實(shí)際發(fā)射能量和質(zhì)量。

研究團(tuán)組針對(duì)以上問題,自主研發(fā)了共光路月球激光測距系統(tǒng)用于收發(fā)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)鏡,很好地實(shí)現(xiàn)了光路收發(fā)轉(zhuǎn)換。研究團(tuán)組提出,可建立局部指向修正模型,以進(jìn)一步提高望遠(yuǎn)鏡的指向精度。他們利用沿月球軌道周圍一定數(shù)量的恒星,在每次激光測月前作局部指向修正模型改正,以保證在觀測目標(biāo)軌道區(qū)域內(nèi)望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)角秒量級(jí)的高指向精度。2017年,中科院云南天文臺(tái)1.2米望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)升級(jí)改造后,提高了光學(xué)系統(tǒng)效率,為月球激光測距打下良好的基礎(chǔ)。此外,研究團(tuán)組還在微弱信號(hào)探測、數(shù)據(jù)處理等方面做了大量工作。

地月平均距離為384403.9千米。測距實(shí)驗(yàn)中,研究人員采取共光路工作方式,通過1.2米望遠(yuǎn)鏡激光測距系統(tǒng)進(jìn)行測距,激光波長為532納米,脈沖寬度為10納秒,頻率10赫茲,試驗(yàn)時(shí),單脈沖能量為3.3焦耳。1月22日晚21時(shí)25分至22時(shí)31分,實(shí)測數(shù)據(jù)段顯示阿波羅15號(hào)反射器到測站的距離為385823.433千米至387119.600千米,測距精度優(yōu)于1米。

目前,國際上成功實(shí)現(xiàn)月球激光測距的國家僅有美國、法國和意大利。云南天文臺(tái)此次成功實(shí)現(xiàn)月球激光測距,填補(bǔ)了我國在月球激光測距領(lǐng)域的空白,將會(huì)為我國天琴計(jì)劃的實(shí)施提供測距技術(shù)支持。