中子與輻射劑量探測(cè)儀儀器照片（中科院國(guó)家空間科學(xué)中心供圖）

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

中德雙方PI合影（中科院國(guó)家空間科學(xué)中心供圖）

國(guó)際合作，是此次嫦娥四號(hào)的亮點(diǎn)之一。嫦娥四號(hào)共搭載了9臺(tái)科學(xué)載荷，其中有3臺(tái)是國(guó)際載荷。

這3臺(tái)國(guó)際載荷中，有一個(gè)名叫“月表中子與輻射劑量探測(cè)儀”（LND）的載荷由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心和德國(guó)基爾大學(xué)聯(lián)合完成。

“這臺(tái)儀器將能夠探測(cè)著陸區(qū)的輻射劑量，為未來(lái)的載人登月航天員的危險(xiǎn)度進(jìn)行前期評(píng)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(guó)家空間科學(xué)中心研究員張珅毅在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。

“高能預(yù)警”：評(píng)估月球表面的輻射有多強(qiáng)

日常生活中，太陽(yáng)光太強(qiáng)烈的時(shí)候，很多愛(ài)美的姑娘會(huì)戴上遮陽(yáng)帽或撐起遮陽(yáng)傘，防止皮膚被紫外線曬傷。紫外線，就是地球上一種最常見(jiàn)的光輻射。不過(guò)，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(lái)，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(chǎng)，另一層是地球大氣層。

“大部分宇宙高能粒子在磁層中會(huì)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(huì)被減速，并被分裂成更小的粒子。”張珅毅說(shuō)。

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

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

要避免這些傷害，就要知己知彼，未雨綢繆，然而目前國(guó)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(guò)去四五十年里，國(guó)際對(duì)月球的關(guān)注度一直不高，盡管近年來(lái)美國(guó)等航天大國(guó)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(cè)儀”，主要目的正是評(píng)估月球表面究竟的輻射危害。

“這將是近幾十年國(guó)際上第一次對(duì)月表輻射劑量進(jìn)行測(cè)量，我們獲得的第一手月表粒子輻射測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)家探月工程來(lái)說(shuō)將是非常寶貴的數(shù)據(jù)資源。”張珅毅說(shuō)。

“一舉多得”：研究太陽(yáng)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(huì)，這個(gè)載荷還具備了其他本領(lǐng)。

在評(píng)估輻射危害的同時(shí)，月表中子與輻射劑量探測(cè)儀的另一個(gè)主要目標(biāo)是對(duì)太陽(yáng)風(fēng)暴的具體情況開(kāi)展科學(xué)研究。

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

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

除了評(píng)估輻射危害和開(kāi)展太陽(yáng)風(fēng)暴相關(guān)研究之外，科研人員還為這臺(tái)儀器設(shè)計(jì)了兩個(gè)附加目標(biāo)——在月球上尋找水冰和鐵礦。

1998年和2009年美國(guó)宇航局（NASA）分別發(fā)射了“月球探測(cè)器”（LP）和和“月球勘探軌道器”（LRO），曾經(jīng)對(duì)月球水冰含量進(jìn)行過(guò)探測(cè)，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(gè)具體著陸點(diǎn)上觀測(cè)獲得更加精確的數(shù)據(jù)。”張珅毅說(shuō)。

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

“同甘共苦”：反復(fù)磨合對(duì)接理解文化差異

2015年，張珅毅接到了一封來(lái)自德國(guó)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(guó)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(cè)儀的項(xiàng)目遴選和研制工作。

張珅毅及其團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于空間環(huán)境粒子輻射測(cè)量工作，也積攢了一定的工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)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(guó)際載荷，月表中子與輻射劑量探測(cè)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(píng)審考核、交付后測(cè)試、標(biāo)定試驗(yàn)等對(duì)接協(xié)調(diào)工作。

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

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

合作過(guò)程中，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析工作的中科院國(guó)家空間科學(xué)中心副研究員王春琴幫助德方寫(xiě)作整理了一大堆材料，反復(fù)與對(duì)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(guò)程，在工作理念、創(chuàng)新思路方面，我們都有所收獲。”王春琴說(shuō)。

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