堪比萬米高空擊中1根移動發絲！他們如何精準測出地月距離

文 ｜ 《中國科學報》 記者 袁一雪

云南高原幽深的夜晚，一束看不見的激光刺破蒼穹，飛向35萬公里外的深邃太空。2.3秒后，一個微弱的光子如約回歸。2025年4月23日，中國科學院云南天文臺（以下簡稱云南天文臺）空間目標激光測距技術與應用研究團隊（以下簡稱激光測距團隊）首次實現地月距離尺度的衛星激光測距。3日后，該團隊再度向技術極限發起挑戰，將觀測的時間窗口從黑夜延伸至白晝，成功實現國際上首次白天地月空間衛星激光測距。

從黑夜測距到白晝測距的跨越背后，是激光測距團隊五十載的執著堅守與技術傳承。近日，這支以匠心突破技術壁壘、重塑深空探測格局的科研隊伍榮獲中國科學院第七屆“科苑名匠”稱號。

團隊成員為53厘米雙筒望遠鏡光學房調試光路。

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挑戰極限，實現地月測距逆襲

精確測量地球與月球之間的距離，既能精準厘清地月系統演化規律、檢驗引力物理基礎理論，也可為月球探測、深空導航、對地觀測提供高精度空間基準，是支撐深空探索與天文基礎研究的重要前沿手段。

作為地月測距的核心關鍵手段，激光憑借高精度、高方向性優勢，能夠實現地月間毫米級精準距離測量。然而，激光測距技術卻面臨巨大挑戰。“激光測距的信號強度與距離的4次方成反比，這意味著激光自地球發出后不斷發散，到達月球時能量已微乎其微；反射回來再次發散，最后能被1.2米口徑望遠鏡接收到的激光寥寥無幾。”云南天文臺副臺長、激光測距團隊負責人李語強告訴《中國科學報》，“在這種情況下，地月激光測距的難度相當于在萬米高空擊中一根移動的發絲。”

除信號衰減外，大氣湍流干擾光路產生偏移，月球反射器姿態與月球天平動引入測量偏差；時空基準同步、相對論效應修正、地面系統誤差校準等多重問題相互疊加，嚴重制約著地月激光測距的精度與穩定性。

“我們這支團隊從1976年就開展了地月測距研究。我老師的老師馮和生研究員就是參與人員之一。”李語強介紹說，當時科研條件簡陋，設備精度與自動化水平更是無從談起。“老一輩研究者提出過諸多探索思路，每一次嘗試、每一次證偽，都是奔赴地月測距目標路上不可或缺的積淀。”他說。

歲月更迭，設備條件與科研環境持續改善，但前沿攻關核心技術難點始終存在。2013年，團隊計劃采購關鍵紅外探測器，卻遭到國外拒絕，相關器件嚴禁對華出口。面對技術封鎖，研究團隊果斷將重心轉向國內協同創新，在國內調研硅基、銦鎵砷等單光子陣列探測器。最終，他們2015年與南京大學超導電子學等國內多個團隊聯手攻關，嘗試將超導單光子探測技術應用于激光測距望遠鏡。

在此后的兩年半時間里，激光測距團隊反復修正設計實施方案和系統調試方法。為搶抓觀測窗口期、高效排查技術隱患，團隊成員常常住在辦公室，白天集中調試和優化系統設備，解決前一天發現的問題，夜晚繼續值守觀測，摸排系統運行問題，最長曾連續17天堅守崗位。

激光測距團隊在1.2米望遠鏡圓頂前合影。云南天文臺供圖

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初心不改，實現技術突圍

激光測距團隊夜以繼日，逐條拆解技術痛點、精細打磨每一處技術細節，反復修正迭代、持續優化完善觀測實施方案。經過近10年的努力，他們先后實現首次地面靶信號與近地軌道測距衛星回波信號的捕捉，逐步夯實深空測距的技術基礎。

2017年，團隊迎來關鍵性技術突破，在國際上率先將單光子超導陣列探測器應用于空間碎片激光測距領域。2017年12月，月球激光測距也迎來新轉機，并在2018年1月22日“開花結果”。當天晚上9點，云南天文臺1.2米口徑望遠鏡激光測距系統終于捕捉到來自阿波羅計劃留在月球上的激光后向反射器陣列的微弱回波信號。這是我國首次實現月球激光測距，不僅填補了我國月球激光測距能力空白，而且一舉讓我國成為全球第五個掌握該核心技術的國家。該成果也因此獲評年度中國“十大天文科技進展”。

這次成功吹響了前進的號角，激光測距團隊步履不停、接續拓界。2019年6月，他們作為技術抓總單位，聯合中國科學院長春光學精密機械與物理研究所、空天信息創新研究院以及南京大學，為中山大學珠海激光測月臺站成功研制一套高精度月球激光測距系統，并獲得月面全部角反射器的回波信號。隨后，團隊對云南天文臺1.2米口徑望遠鏡進行技術升級，開展白天空間碎片激光測距試驗，在國內首次于白天成功捕獲空間碎片的有效回波信號。

2025年4月底，激光測距團隊再攀技術高峰，僅相隔3日就分別成功實現國際首次在夜晚與白晝地月距離尺度的衛星激光測距，使我國具備全天時深空目標測距能力。“白天地月激光測距難度遠大于夜間，核心在于白晝天光背景強烈，海量自然光雜波極易淹沒從月球反射回來的微弱激光信號。同時，日間大氣受熱對流活躍、湍流擾動更強，加劇激光光束畸變與能量損耗，進一步壓縮有效回波光子數量。”云南天文臺高級工程師翟東升介紹說。

“如今國內激光器產業日臻成熟，憑借全產業鏈協同攻關、技術聚力賦能，最終托舉地月測距的終極夢想照進現實。”云南天文臺正高級工程師李祝蓮感慨道，“曾幾何時，出席國際學術會議時，我們只能仰望國外先進技術；而今時移世易，反倒有海外同行主動前來交流。”

值得一提的是，團隊成員在研究中發現，超導探測器的噪聲里潛藏著珍貴科研信息，即太陽光照射空間碎片形成的反射信號。團隊由此開辟全新探測思路，通過解析噪聲信號為太空碎片“把脈問診”，精準反演碎片狀態，將無效干擾信號轉化為寶貴的空間監測數據。

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接力堅守，淬煉團隊精神

“團結、奮進、創新、奉獻”是這支團隊在不懈奮斗中凝練的團隊精神內核。

激光測距團隊始終堅信，科研攻堅中，團結是首要根基，團隊成員性格各異、相處有別，真正的團結不是私交甚好，而是凝心聚力、協同履職，共同破解科研難題；奮進，是要勇立潮頭，奮力搶占科技競爭制高點；創新，則是科研的立身之本，固步自封永遠走不出科研新路；奉獻，是心懷熱愛、矢志不渝，甘愿為天文事業默默耕耘。

這樣的精神，歷經以馮和生、熊耀恒和李語強為代表的三代科研人員薪火相傳。從第一代科研人員樹立激光測月奮斗目標，不斷試錯，打下基礎；到第二代科研人員深耕積累，筑牢技術根基；再到第三代科研團隊接續前人薪火，在持續攻堅中拓展應用邊界，最終完成從技術突圍到成果落地的跨越式躍升。激光測距團隊始終不忘初心、深耕堅守，生動詮釋了新時代科學家精神與工匠精神的深刻內涵。

“科研從無捷徑可走，只有深耕一個領域多年，才能摸清行業痛點、找準創新切口。”李語強總結道，真正的工匠精神就藏在每一組精準測算的數據里，融于每一次攻堅克難的堅守中。這群默默奉獻的天文科技工作者，以激光為尺丈量地月星河，用日復一日的潛心深耕不斷標注著中國天文與深空探測事業向上攀登的嶄新高度。

《中國科學報》 (2026-06-30 第1版 要聞)

文章轉載自“中國科學報”公眾號