对于着陆型航天探测任务，在着陆过程中实时了解自己相对于地表的距离和方位至关重要，这关系到着陆任务是否能在对应的高度开展预定操作，也关系到能否安全着陆。激光测距仪是着陆过程中探知自身位置的常见配置。

JAXA的小行星“龙宫”采样返回任务隼鸟2号携带的四大科学仪器之一就是激光测高计LiDAR。

隼鸟2号的LiDAR。激光光束经扩束器放大后发出，再冲小行星表面反射回来。通过测量往返时间来计算探测器到龙宫表面的距离 | JAXA

LiDAR连续扫描小行星，记录下探测器到每个扫描点的距离，这些测距信息结合光学ONC相机拍摄的龙宫表面照片，就可以帮助隼鸟2号建立更高质量的全球三维地形模型。

隼鸟2号LiDAR结合光学相机影像获取龙宫全球三维地形信息 | JAXA

隼鸟2号的LiDAR和小行星“龙宫”扫描点云 | JAXA

除了用来获取全球地形数据之外，LiDAR测距还会用于探测器着陆过程的导航定位，帮助探测器在降落过程中实时掌握与地表的距离，这对探测器的安全着陆至关重要。隼鸟2号在着陆采样过程中就是以激光测距作为主导航定位手段的。

实际操作中，随着距离小行星表面越来越近，LiDAR接收激光的敏感度也会随着距离变化。隼鸟2号针对不同高度采用了两种激光测距手段：50米高度以上使用常规的LiDAR激光测距，50米高度以下，系统会根据接收激光的敏感度有一次自主调节，从常规LiDAR切换到近距离激光测距LRF。

2019年5月30日，隼鸟2号为第二次着陆采样的演习PPTD-1A中丢下标记球的过程，图中时间是日本时间 | JAXA [1]

激光测距在隼鸟2号的两次着陆采样和多次下降观测中立下了汗马功劳，隼鸟2号的第二次着陆采样点甚至只偏离了预定着陆点区中心60厘米！（第一次是差了1米）

（左）JAXA隼鸟2号第二次着陆点（蓝点）和计划着陆区C01-Cb的中心（绿点）的位置；（右）隼鸟2号采样杆接触点的位置（黄圈）| JAXA [2]

LiDAR也在我国嫦娥三号、四号的落月过程中起了重要作用。两个着陆器都携带了由上海技物所研制的激光测距敏感器和激光三维成像敏感器，前者用于降落期间的测距，从距月面约15公里处开始工作，后者与激光测距仪协同工作，用于悬停避障阶段的月面特征识别和避障，在距月面约100米处的悬停操作阶段工作。

嫦娥三号、四号激光测距工作示意图 | 中科院 [3]

和隼鸟2号的LiDAR类似，NASA的小行星“贝努”采样返回任务OSIRIS-REx（冥王号）携带的激光测高计（OLA）也是LiDAR扫描仪，它帮助冥王号在环绕小行星贝努的一年多时间里，建立了贝努全球的高清三维地形模型。

（左）冥王号的激光测高计（OLA）| 加拿大宇航局 （右）OLA获取的小行星贝努3D地形模型，越红越高，越蓝越低 | NASA/University of Arizona/CSA/York/MDA

冥王号起初也是打算使用LiDAR作为着陆采样阶段的主导航定位技术来着：除了扫描式LiDAR——激光测高计（OLA），冥王号还配备了一台3D快闪LiDAR用于降落过程中的测距和定位。

扫描式LiDAR vs 快闪式LiDAR | 参考文献 [4]

冥王号用于辅助降落的快闪LiDAR长这样▼

冥王号的ASC LiDAR | 参考文献 [5]

然而到地儿一看才发现，贝努表面超出预料得崎岖多石，探测器根本没地儿下采样杆。为了落得更准，NASA最终放弃了LiDAR，改用了另一套基于光学影像的备用导航定位方案——自然特征跟踪（Natural Feature Tracking，NFT)技术。

这是后话了，我们下期再聊~

参考资料

[1] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190611_ver6a.pdf

[2] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190725_ver9.pdf

[3] 嫦娥三号“收官”：中科院任务执行完美http://www.cas.cn/zt/kjzt/ce3/jzjd/201312/t20131218_4000933.shtml

[4] Dissly, R., Weimer, C., Masciarelli, J., Weinberg, J., Miller, K., & Rohrschneider, R. (2012, October). Flash lidars for planetary missions. In Workshop on Instrumentation for Planetary Missions.

[5] Bierhaus, E. B., Clark, B. C., Harris, J. W., Payne, K. S., Dubisher, R. D., Wurts, D. W., ... & May, A. J. (2018). The OSIRIS-REx spacecraft and the touch-and-go sample acquisition mechanism (TAGSAM). Space Science Reviews, 214(7), 107.