中子與輻射劑量探測儀儀器照片（中科院國家空間科學(xué)中心供圖）

中子與輻射劑量探測儀測試現(xiàn)場（中科院國家空間科學(xué)中心供圖）

中德雙方PI合影（中科院國家空間科學(xué)中心供圖）

國際合作，是此次嫦娥四號的亮點之一。嫦娥四號共搭載了9臺科學(xué)載荷，其中有3臺是國際載荷。

這3臺國際載荷中，有一個名叫“月表中子與輻射劑量探測儀”（LND）的載荷由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心和德國基爾大學(xué)聯(lián)合完成。

“這臺儀器將能夠探測著陸區(qū)的輻射劑量，為未來的載人登月航天員的危險度進(jìn)行前期評估，提供相應(yīng)輻射防護(hù)的依據(jù)。” LND中方首席專家-中科院國家空間科學(xué)中心研究員張珅毅在接受《中國科學(xué)報》采訪時說。

“高能預(yù)警”：評估月球表面的輻射有多強(qiáng)

日常生活中，太陽光太強(qiáng)烈的時候，很多愛美的姑娘會戴上遮陽帽或撐起遮陽傘，防止皮膚被紫外線曬傷。紫外線，就是地球上一種最常見的光輻射。不過，相較于宇宙中的高能粒子輻射，紫外線已經(jīng)算是相當(dāng)“溫和”的了。

亙古以來，地球上包括人類在內(nèi)的生物，被兩層“保護(hù)傘”保護(hù)著，一層是地球磁場，另一層是地球大氣層。

“大部分宇宙高能粒子在磁層中會被偏轉(zhuǎn)、束縛，即便粒子逃脫了磁層的束縛，還要面臨大氣層的抵擋，這些粒子打到大氣層上，會被減速，并被分裂成更小的粒子。”張珅毅說。

不過，月球上的輻射環(huán)境可沒有地球上這么讓人有安全感，宇宙中的高能粒子時刻都會對人體或儀器設(shè)備造成傷害。

“月球上沒有地球的兩層‘保護(hù)傘’，深空中的太陽宇宙線會直接打到月球表面。如果將來我們的航空器或航天員登陸月球，必然會遭受高能粒子帶來的輻射損傷。”張珅毅說。

要避免這些傷害，就要知己知彼，未雨綢繆，然而目前國際上關(guān)于月球輻射情況的有效數(shù)據(jù)幾乎是空白。

張珅毅告訴記者，過去四五十年里，國際對月球的關(guān)注度一直不高，盡管近年來美國等航天大國重拾了探索月球的“興趣”，有效的月表輻射數(shù)據(jù)仍然匱乏。

這次，中德聯(lián)合研制的“月表中子與輻射劑量探測儀”，主要目的正是評估月球表面究竟的輻射危害。

“這將是近幾十年國際上第一次對月表輻射劑量進(jìn)行測量，我們獲得的第一手月表粒子輻射測量數(shù)據(jù)對國家探月工程來說將是非常寶貴的數(shù)據(jù)資源。”張珅毅說。

“一舉多得”：研究太陽風(fēng)暴尋找月球資源

登月一次不容易，為了充分利用搭載機(jī)會，這個載荷還具備了其他本領(lǐng)。

在評估輻射危害的同時，月表中子與輻射劑量探測儀的另一個主要目標(biāo)是對太陽風(fēng)暴的具體情況開展科學(xué)研究。

太陽風(fēng)暴是太陽上的劇烈爆發(fā)活動及其在日地空間引發(fā)的一系列強(qiáng)烈擾動，對人類的衛(wèi)星、無線電通信和地面技術(shù)系統(tǒng)都會造成影響，因此也是科學(xué)家一直努力研究的對象。

“月球擺脫了地球磁場的影響，能夠更直接地探測到來自太陽的粒子信息，是研究太陽風(fēng)暴的重要地點之一。在月球上，我們可以直接探測到太陽高能粒子的能譜及其隨時間變化的特性，研究太陽風(fēng)暴的起因，高能粒子傳播規(guī)律等。”張珅毅說。

除了評估輻射危害和開展太陽風(fēng)暴相關(guān)研究之外，科研人員還為這臺儀器設(shè)計了兩個附加目標(biāo)——在月球上尋找水冰和鐵礦。

1998年和2009年美國宇航局（NASA）分別發(fā)射了“月球探測器”（LP）和和“月球勘探軌道器”（LRO），曾經(jīng)對月球水冰含量進(jìn)行過探測，但是二者在水冰含量的數(shù)值結(jié)果上有出入。“這次，我們可以在一個具體著陸點上觀測獲得更加精確的數(shù)據(jù)。”張珅毅說。

同時， “我們還希望能夠在南極艾托肯盆地著陸點位置探測氧化鐵的含量有多少。”張珅毅說。

“同甘共苦”：反復(fù)磨合對接理解文化差異

2015年，張珅毅接到了一封來自德國基爾大學(xué)羅伯特教授（Robert Wimmer–Schweingruber）的郵件。信中，羅伯特表示希望能夠與中科院國家空間科學(xué)中心合作，一起完成月表中子與輻射劑量探測儀的項目遴選和研制工作。

張珅毅及其團(tuán)隊長期致力于空間環(huán)境粒子輻射測量工作，也積攢了一定的工程經(jīng)驗和技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過中德雙方的多次討論，合作意向很快達(dá)成了。

根據(jù)技術(shù)合作協(xié)議，作為中德合作完成的國際載荷，月表中子與輻射劑量探測儀的工程硬件研制工作由德方完成，中方負(fù)責(zé)接口協(xié)調(diào)、階段性評審考核、交付后測試、標(biāo)定試驗等對接協(xié)調(diào)工作。

“中國和德國的航天工程操作流程有很大的區(qū)別，中國航天有明確且嚴(yán)格的規(guī)范，比方說，僅僅是環(huán)境試驗，我們的要求量就是德國的三四倍。”中科院國家空間科學(xué)中心高級工程師袁斌告訴記者。

為了保證硬件指標(biāo)符合我國航天要求，在合作過程中，雙方一直在反復(fù)磨合。“嚴(yán)格管理一直是中國航天高成功率的保障，而我們起到的就是解釋溝通和潤滑作用。”張珅毅說。

合作過程中，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析工作的中科院國家空間科學(xué)中心副研究員王春琴幫助德方寫作整理了一大堆材料，反復(fù)與對方確認(rèn)技術(shù)細(xì)節(jié)，排查漏洞。“我們的細(xì)致認(rèn)真贏得了他們的尊重，雙方的合作也是一次相互學(xué)習(xí)的過程，在工作理念、創(chuàng)新思路方面，我們都有所收獲。”王春琴說。

記者了解到，月表中子與輻射劑量探測儀獲得的數(shù)據(jù)將由中德雙方數(shù)據(jù)共享并共同對外發(fā)布。