堪比万米高空击中1根移动发丝！他们如何精准测出地月距离

文 ｜ 《中国科学报》 记者 袁一雪

云南高原幽深的夜晚，一束看不见的激光刺破苍穹，飞向35万公里外的深邃太空。2.3秒后，一个微弱的光子如约回归。2025年4月23日，中国科学院云南天文台（以下简称云南天文台）空间目标激光测距技术与应用研究团队（以下简称激光测距团队）首次实现地月距离尺度的卫星激光测距。3日后，该团队再度向技术极限发起挑战，将观测的时间窗口从黑夜延伸至白昼，成功实现国际上首次白天地月空间卫星激光测距。

从黑夜测距到白昼测距的跨越背后，是激光测距团队五十载的执着坚守与技术传承。近日，这支以匠心突破技术壁垒、重塑深空探测格局的科研队伍荣获中国科学院第七届“科苑名匠”称号。

团队成员为53厘米双筒望远镜光学房调试光路。

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挑战极限，实现地月测距逆袭

精确测量地球与月球之间的距离，既能精准厘清地月系统演化规律、检验引力物理基础理论，也可为月球探测、深空导航、对地观测提供高精度空间基准，是支撑深空探索与天文基础研究的重要前沿手段。

作为地月测距的核心关键手段，激光凭借高精度、高方向性优势，能够实现地月间毫米级精准距离测量。然而，激光测距技术却面临巨大挑战。“激光测距的信号强度与距离的4次方成反比，这意味着激光自地球发出后不断发散，到达月球时能量已微乎其微；反射回来再次发散，最后能被1.2米口径望远镜接收到的激光寥寥无几。”云南天文台副台长、激光测距团队负责人李语强告诉《中国科学报》，“在这种情况下，地月激光测距的难度相当于在万米高空击中一根移动的发丝。”

除信号衰减外，大气湍流干扰光路产生偏移，月球反射器姿态与月球天平动引入测量偏差；时空基准同步、相对论效应修正、地面系统误差校准等多重问题相互叠加，严重制约着地月激光测距的精度与稳定性。

“我们这支团队从1976年就开展了地月测距研究。我老师的老师冯和生研究员就是参与人员之一。”李语强介绍说，当时科研条件简陋，设备精度与自动化水平更是无从谈起。“老一辈研究者提出过诸多探索思路，每一次尝试、每一次证伪，都是奔赴地月测距目标路上不可或缺的积淀。”他说。

岁月更迭，设备条件与科研环境持续改善，但前沿攻关核心技术难点始终存在。2013年，团队计划采购关键红外探测器，却遭到国外拒绝，相关器件严禁对华出口。面对技术封锁，研究团队果断将重心转向国内协同创新，在国内调研硅基、铟镓砷等单光子阵列探测器。最终，他们2015年与南京大学超导电子学等国内多个团队联手攻关，尝试将超导单光子探测技术应用于激光测距望远镜。

在此后的两年半时间里，激光测距团队反复修正设计实施方案和系统调试方法。为抢抓观测窗口期、高效排查技术隐患，团队成员常常住在办公室，白天集中调试和优化系统设备，解决前一天发现的问题，夜晚继续值守观测，摸排系统运行问题，最长曾连续17天坚守岗位。

激光测距团队在1.2米望远镜圆顶前合影。云南天文台供图

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初心不改，实现技术突围

激光测距团队夜以继日，逐条拆解技术痛点、精细打磨每一处技术细节，反复修正迭代、持续优化完善观测实施方案。经过近10年的努力，他们先后实现首次地面靶信号与近地轨道测距卫星回波信号的捕捉，逐步夯实深空测距的技术基础。

2017年，团队迎来关键性技术突破，在国际上率先将单光子超导阵列探测器应用于空间碎片激光测距领域。2017年12月，月球激光测距也迎来新转机，并在2018年1月22日“开花结果”。当天晚上9点，云南天文台1.2米口径望远镜激光测距系统终于捕捉到来自阿波罗计划留在月球上的激光后向反射器阵列的微弱回波信号。这是我国首次实现月球激光测距，不仅填补了我国月球激光测距能力空白，而且一举让我国成为全球第五个掌握该核心技术的国家。该成果也因此获评年度中国“十大天文科技进展”。

这次成功吹响了前进的号角，激光测距团队步履不停、接续拓界。2019年6月，他们作为技术抓总单位，联合中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、空天信息创新研究院以及南京大学，为中山大学珠海激光测月台站成功研制一套高精度月球激光测距系统，并获得月面全部角反射器的回波信号。随后，团队对云南天文台1.2米口径望远镜进行技术升级，开展白天空间碎片激光测距试验，在国内首次于白天成功捕获空间碎片的有效回波信号。

2025年4月底，激光测距团队再攀技术高峰，仅相隔3日就分别成功实现国际首次在夜晚与白昼地月距离尺度的卫星激光测距，使我国具备全天时深空目标测距能力。“白天地月激光测距难度远大于夜间，核心在于白昼天光背景强烈，海量自然光杂波极易淹没从月球反射回来的微弱激光信号。同时，日间大气受热对流活跃、湍流扰动更强，加剧激光光束畸变与能量损耗，进一步压缩有效回波光子数量。”云南天文台高级工程师翟东升介绍说。

“如今国内激光器产业日臻成熟，凭借全产业链协同攻关、技术聚力赋能，最终托举地月测距的终极梦想照进现实。”云南天文台正高级工程师李祝莲感慨道，“曾几何时，出席国际学术会议时，我们只能仰望国外先进技术；而今时移世易，反倒有海外同行主动前来交流。”

值得一提的是，团队成员在研究中发现，超导探测器的噪声里潜藏着珍贵科研信息，即太阳光照射空间碎片形成的反射信号。团队由此开辟全新探测思路，通过解析噪声信号为太空碎片“把脉问诊”，精准反演碎片状态，将无效干扰信号转化为宝贵的空间监测数据。

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接力坚守，淬炼团队精神

“团结、奋进、创新、奉献”是这支团队在不懈奋斗中凝练的团队精神内核。

激光测距团队始终坚信，科研攻坚中，团结是首要根基，团队成员性格各异、相处有别，真正的团结不是私交甚好，而是凝心聚力、协同履职，共同破解科研难题；奋进，是要勇立潮头，奋力抢占科技竞争制高点；创新，则是科研的立身之本，固步自封永远走不出科研新路；奉献，是心怀热爱、矢志不渝，甘愿为天文事业默默耕耘。

这样的精神，历经以冯和生、熊耀恒和李语强为代表的三代科研人员薪火相传。从第一代科研人员树立激光测月奋斗目标，不断试错，打下基础；到第二代科研人员深耕积累，筑牢技术根基；再到第三代科研团队接续前人薪火，在持续攻坚中拓展应用边界，最终完成从技术突围到成果落地的跨越式跃升。激光测距团队始终不忘初心、深耕坚守，生动诠释了新时代科学家精神与工匠精神的深刻内涵。

“科研从无捷径可走，只有深耕一个领域多年，才能摸清行业痛点、找准创新切口。”李语强总结道，真正的工匠精神就藏在每一组精准测算的数据里，融于每一次攻坚克难的坚守中。这群默默奉献的天文科技工作者，以激光为尺丈量地月星河，用日复一日的潜心深耕不断标注着中国天文与深空探测事业向上攀登的崭新高度。

《中国科学报》 (2026-06-30 第1版 要闻)

文章转载自“中国科学报”公众号