2018年12月8日2时23分
嫦娥四号探测器从西昌卫星发射中心
成功发射
开启了月球探测的新旅程
这是中国航天探月工程“绕“落”“回”三部曲中
第二步“落”的重要一环
第一次在月球背面的着陆探测
它在月球背面每一个新的发现
都将创造更多的“世界首次”！
就在刚刚！
嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器
顺利完成互拍
让全世界人们看到了鲜艳的五星红旗
在月球背面闪耀
嫦娥四号任务圆满成功
2019年1月11日16时47分，北京航天飞行控制中心大屏幕上呈现出着陆器和巡视器的互拍影像图。图像清晰显示了着陆器和巡视器周围的月背地形地貌，两器上的五星红旗分外醒目。
|巡视器拍摄着陆器携带五星红旗的清晰全景照片|
值得一提的是
助力嫦娥四号完成此次壮举的
全景相机来自咱大西安
由中国科学院西安光学精密机械研究所
（以下简称：西安光机所）研制
西安智造拍出鲜艳的五星红旗
在月球背面闪耀
西安智造打造嫦娥的“眼睛”
——全景相机
1月11日8时，嫦娥四号着陆器、玉兔二号巡视器和“鹊桥”中继星状态稳定，各项工作按计划实施。着陆器上配置的地形地貌相机成功完成了环拍，2019年1月11日16时47分，着陆器与巡视器顺利完成两器互拍。
作为嫦娥三号的“姊妹星”，嫦娥四号全景相机就是嫦娥的“眼睛”，它肩负拍摄着陆器彩色照片的重任。两台完全一致的相机安装在巡视器桅杆上，宛如人之双目，通过类似人眼“双目立体视觉”原理，实现对巡视区月面的立体成像；依靠桅杆的左右旋转和上下俯仰，实现大视场和上下大范围的全景成像，再通过图像拼接及立体反演，得到月面巡视区的全景三维立体图像。以实现巡视区月表的三维光学成像、地形地貌研究、撞击坑调查与研究、月球地质构造解析和综合研究的科学目标。
嫦娥四号全景相机具有黑白和彩色两种成像模式，可实现从巡视器脚下到月球边际无穷远的清晰成像，并且在近距离观测时可实现毫米量级的空间分辨率。全景相机拍摄的图像也将对巡视器上其他载荷的探测起到指导作用。
嫦娥四号发射当日，全景相机研发团队的三位科研人员薛彬、吕娟和葛伟曾亲临西昌卫星发射中心的发射现场进行发射前相机参数的最后确认并全程确保相机工作无误。发射台设立在距离发射处3.5公里的地方，葛伟表示，发射台十分陡峭，天黑路不好走，发射时间又在后半夜天气很冷，但这都难掩自己内心对于发射的激动之情。“发射时地面震荡空气沸腾，仿佛龙腾一般，真的让人全身热血沸腾，兴奋地都睡不着觉。感觉这些年的努力都是值得的。”
小布了解到，西安光机所针对国家探月工程及深空探测的科学布局，以长期参与我国探月工程的骨干力量为班底成立了月球与深空探测技术研究室。自探月工程一期以来，该团队先后承担了嫦娥一号CCD立体相机和干涉成像光谱仪、嫦娥二号CCD立体相机、嫦娥三号全景相机和月基光学望远镜、嫦娥四号全景相机等有效载荷的研制，圆满完成各项工程任务和科学目标。
|嫦娥四号全景相机正样产品照片|
拍出五星红旗的“红色”有多难？
巡视器“玉兔”的“眼睛”就是全景相机，着陆器和巡视器的互拍这叫做“两器互拍”。
国旗拍出来不能变色，这是普通民众很难想象的挑战，为什么高科技相机颜色会失真？
西安光机所月球与深空探测研究室主任杨建峰介绍，其原因在于我们人眼能看到事物都是可以反射光的，没有光人眼就难以看到东西，地面摄影依赖着光在空气中的散射来形成一些光照条件，而月球环境是真空的，光照条件大大不同，所以颜色极易失真。能拍出国旗上鲜艳的红色，确保颜色不失真，从真空实验室到户外沙漠，研发团队做了大量的实验，不断调试，终于成功解决了这一难题。
事实上，解决“颜色失真”只是若干挑战中的一个，全景相机上每一个看似微小的技术进步都是不易的，震动、散热……科研团队的挑战非常多，杨建峰介绍，从嫦娥一号CCD立体相机和干涉成像光谱仪、嫦娥二号CCD立体相机、嫦娥三号全景相机和月基光学望远镜到嫦娥四号全景相机，相机及其配套设备的质量实现了从25公斤到20公斤到650克的巨大飞越。这背后，是研发团队在材料选择上面从钢铁转变为了铝合金、钛合金以及最新的镁合金等材料同时不断通过计算机分析以及仿真实验确保了其参数的合格。同时，相机上的结构优化也是不可或缺。经过了一系列辛苦工作最终实现了相机质量的大优化。
再如散热问题，不像之前在卫星上的相机，因为固定不动，所以背靠太阳的一面可以帮助散热，全景相机是转动的，怎么解决月球白天超过一百摄氏度的散热问题？团队最后使用特殊定制的散热膜解决了这个问题，利用合理的结构设计和完善的仿真分析解决相机如何防震问题；使用镜头前特殊的耐辐射光学玻璃解决了宇宙辐射问题，通过严苛的真空试验测试解决了真空环境下焦面漂移的问题.....研发团队就是通过这一点点的技术攻关不断实现了相机的优化。
嫦娥一号到嫦娥四号完成多个“世界首次”
西安“眼睛”功不可没
嫦娥四号探测器在设计之初是嫦娥三号的备份，但正是这个原本的“备份”，实现了人类航天器第一次在月球背面的着陆探测，它在月球背面每一个新的发现都将创造更多的“世界首次”。
截至目前，嫦娥一号卫星圆满完成一期“绕月”使命；二期包含嫦娥二号、三号、四号三次任务。嫦娥二号作为先导星，已成功为嫦娥三号验证了部分关键技术并对预选落月区域进行了重点探测；2013年，嫦娥三号成功落月并开展月面巡视勘察，嫦娥三号着陆器成为了在月球表面工作时间最长的人造航天器。
2014年嫦娥三号任务圆满完成后，国防科工局牵头组织开展了嫦娥四号任务实施方案调整的论证工作。综合考虑国际前沿、科学价值、经济和技术可行性等因素，最终确定了月球背面软着陆和巡视探测的总体方案。月球背面具有独特的电磁场环境和地质特征，特别适合开展低频射电探测等空间天文学研究和月球物质成分探测等科学研究。同时，月球背面着陆探测尚属国际空白，有利于增进人类对宇宙未知奥秘的认知。
嫦娥四号任务于2016年1月正式启动，包括中继星和探测器两次任务。“鹊桥”中继星于2018年5月21日在西昌卫星发射中心由长征四号丙遥二十七运载火箭成功发射，进入环地月拉格朗日L2点使命轨道。
2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器经历地月转移、近月制动、环月飞行，实现了人类首次月球背面软着陆，开展月球背面就位探测及巡视探测，并通过已在使命轨道运行的“鹊桥”中继星，实现月球背面与地球之间的中继通信。
小布了解到，自探月工程一期以来，西安光机所成立的月球与深空探测技术研究室，先后承担了嫦娥一号CCD立体相机和干涉成像光谱仪、嫦娥二号CCD立体相机、嫦娥三号全景相机和月基光学望远镜、嫦娥四号全景相机等有效载荷的研制，圆满完成各项工程任务和科学目标。
嫦娥一号CCD立体相机为我国获取了首幅地面分辨率为120m的全月立体图，图像清晰、层次丰富，为当时国际上最完整的全月面图像；嫦娥一号干涉成像光谱仪获得了84%月表面积的清晰多光谱图像，科学家们用该原始数据，成功反演了月表主要矿物分布和铝、镁、钛等元素的含量。嫦娥二号CCD立体相机为我国获取了首幅分辨率优于7m的全月图及月面虹湾地区1.3m分辨率图像，为嫦娥三号落月探测勘察了“落脚点”；搭载于“玉兔号”巡视器上的嫦娥三号全景相机实现了我国首次月表实地高分辨率立体成像，获得了大量科学数据用于月表地形地貌研究，同时获得了着陆器清晰鲜艳的彩色照片，为标志嫦娥三号任务圆满成功的两器互拍提供了保证；月基光学望远镜实现了人类首次月基天文观测，从月面着陆到现在，望远镜一直工作正常，共发回数万张从月面获得的星图，是嫦娥三号获得有效数据最多的载荷，也是唯一还在工作的载荷。
“科苑名匠”装配出高精密的光学镜头
目前全景相机质量不过650g，一手便可把其拿在手中。这样一个看似小小的相机的装配，却凝聚着一个团队的智慧结晶。从结构设计、电子设计、材料选择、装配组装到仿真实验，不同部门协同合作共同创新，最终成功完成相机研发制造的科研任务。
穿上工作服，在一个密合的“安全屋”内经过“风力清洁”，记者来到了高精尖装置的装配车间。团队中负责组装相机的西安光机所系统工程部空间相机装配组组长的张建，刚刚获得中国科学院首届十佳“科苑名匠”荣誉称号。几十年来，经由他手装配出来的光学镜头达到数百台套。
高精尖光学设备的装配很不简单，张建的绝活之一除了能用一双巧手胶合出高精密的光学器件，而且能够将多个镜片装调到只有十分之一头发丝的精度来。精度太高，以至于设备都无法完成，只能依靠人工调整。在全景相机研发团队中张建及其徒弟就担任了相机的组装工作，其中就有获得西安市首届“十佳工程师”的张学敏博士。相机的组装工作十分困难，精度要求极高，六个镜片要安装到同轴镜框上，间隔为头发丝的六分之一，同轴度是头发丝的十分之一，同时镜面里面不能有任何灰尘，不然将极大影响相机的成像质量。
张建介绍说，有一次相机已经交付用户，但在最后的测试阶段发现图片上出现了黑点的问题，连夜送回西安，装配组五个人用了两个白天三个夜晚将相机完全拆开，用放大镜甚至显微镜一点点检查，最终发现一个螺孔有微小金属碎屑掉落，找到了原因，改进了结构，这就叫做“归零”。“航天深空探测容不得一丁点马虎，看似小问题在天上就是灾难性的，我们必须细心再细心。”
助力我国在深空探测领域不断迈出新步伐
杨建峰从1999年探月工作还未立项就开始论证探月的可实施性开始加入探月工作。目前该研究室主要针对于深空探测相机的研发，嫦娥五号、六号搭载的相机目前已经成功交付，火星探测所使用的相机也正在研发。虽然我国这一领域起步晚与国外还存在诸如相机质量、成像清晰度等差距，但目前发展势头十分强劲，发展速度很快。未来该实验室还将响应国家号召，聚焦小行星探测领域工作。
西安光机所将紧密围绕国家空间科学工程需求，积极参与国家月球探测后期工程、小行星探测、木星探测等深空探测领域工程任务规划，助力我国在深空探测领域不断迈出新步伐。
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