中国绕月探测工程从2004年立项到2007年实施发射，短短3年多的时间里，即实现里程碑式突破，这是中国航天人拼搏精神、奋斗历程的印证与浓缩。其间，工程研制者们付出了难以尽数的辛劳。中国的绕月探测工程，更是以无数“中国制造”的闪光事例，在新世纪的探月热潮中留下了不凡的足迹。 激流勇进——两大系统一肩挑 绕月探测工程是中国人迈向深空的第一步。在这项具有重大历史意义的航天工程中，航天科技集团公司承担了五大系统中的两大系统，即嫦娥一号绕月探测卫星及其运载火箭长征三号甲的研制任务。集团公司以高度的政治责任感和历史使命感，统筹两大系统的各项研制工作，为绕月探测工程的团满成功作出了重要贡献。 大凉山下回荡誓言 当嫦娥一号卫星承载着中华民族的千年梦想飞向月球时，仰望苍穹，参与组织过数十次宇航发射、成功地将数十颗卫星送入太空的航天科技集团公司总经理兼绕月探测工程领导小组副组长的马兴瑞，内心充满欣慰。 二十多天前，当全国人民正沉浸在欢度祖国58岁生日的愉悦中时，马兴瑞一行已飞抵西昌卫星发射中心。当天下午，他先后听取了长征三号甲运载火箭、嫦娥一号卫星“两总”系统的工作汇报，详细了解了火箭、卫星进入西昌卫星发射中心以后，准备实施发射的相关情况。 长征三号甲火箭和嫦娥一号卫星都是在此前先期运抵西昌卫星发射中心的。在“两总”系统的精心策划、周密安排下，经过发射试验队队员们井然有序的紧张工作，精心调试，火箭、卫星的状态均正常完好，发射前的各项准备工作进展顺利。听到总指挥、总设计师们汇报的好消息，马兴瑞并没有感到轻松，他仍然不忘嘱咐“两总”们要时刻警惕各种意想不到情况的发生，确保万无一失。一连几个诚恳的“拜托”就这样从他的口中自然倾吐：“拜托大家一定要把工作做细，拜托一线操作队员一定要杜绝误操作，拜托大家一定要做好预案，防止突发事故……”一种神圣的责任感在全体在场人员的心中油然而生。 国庆节的第三天清晨，大凉山中细雨霏霏。群山环抱之下，一场特殊的升旗仪式在这里庄严举行。在雄壮的国歌声中，300多名发射试验队员一同注视着国旗冉冉升起。马兴瑞同全体发射试验队员一起，庄严地举起了右手。面对国旗，他们一同宣誓：发扬“两弹一星”精神、航天精神和载人航天精神，认真操作，精心测试，严格判读数据，全力以赴，确保嫦娥一号卫星发射圆满成功，不辜负中央领导的嘱托，不辜负全国人民的期望。响亮的誓言划破长空，久久地回荡在山谷中…… 运筹帷幄决胜千里 在绕月探测工程中，航天科技集团公司承担起了非同寻常的重任。工程立项后，作为绕月探测工程领导小组成员单位，时任航天科技集团公司总经理的张庆伟出任工程领导小组副组长，集团公司副总经理马兴瑞、雷凡培先后担任工程副总指挥。张庆伟任国防科工委主任后，集团公司总经理马兴瑞接过了绕月探测工程领导小组副组长的担子。在工程实施的各个阶段、各个环节，处处留下了他们的身影。 绕月探测工程立项后，集团公司党组高度重视，多次研究工程中的有关问题。在工程实施的各个阶段，马兴瑞、雷凡培作为集团公司主管领导，多次听取汇报，并多次深入科研生产一线了解情况。集团公司领导从全局出发，周密部署工程两大系统的顶层策划，选派精兵强将，组建了卫星、火箭“两总”系统队伍。同时，全面制定各种规章制度，从管理和质量等方面，全面推进工作的开展。在卫星和火箭研制过程中，航天科技集团公司全力推动各个环节的技术攻关，对绕月探测工程的进展起到了强有力的支撑作用。 质量是航天的生命。绕月探测是一项充满挑战的任务，很多设计和研制都是“第一次”。集团公司围绕月球轨道、奔月路线、卫星制动等关键环节，狠抓质量方面的措施，创新了一整套管理办法。 为了保证嫦娥一号卫星的质量，集团公司专门召集嫦娥一号卫星及其他型号的总设计师们进行经验交流。经过详细研讨，决定创新实施“飞行事件系统保证链”。该保证链要求对卫星飞行过程中涉及每个子事件、动作的部件从设计上予以复查；要求行政系统要从质量上予以保障。在集团公司的组织安排下，设计师系统全面开展了质量分析。 在“可靠性老炼试验”的实施中，集团公司针对卫星研制环节的特点，制定了专门的规章制度，要求卫星出厂前必须进行“可靠性老炼试验”。通过充分的通电测试，进一步验证卫星的质量，及时发现问题，确保了卫星质量，确保了卫星在轨运行时能够经得住考验。 实施故障预案，是经过实践证明的能够提高型号质量和可靠性的有效做法。根据以往型号的研制经验，集团公司提出做好故障预案的有关工作，要求对一些可能出现的非正常情况，必须事先制定预案。火箭和卫星系统按照要求，进行了协调，制定了充分的相应预案。 绕月探测工程的高要求能够落实到每一项研制工作中，技术上的精确标准能够一以贯之地保证，时间上的巨大压力能够化为卫星、火箭研制人员的稳健作风和积极行动，航天科技集团公司在其中起到了重要作用。 超常发挥——书写“中国制造” 2004年，当绕月探测工程立项之时，在中国空间技术研究院，一支年轻、精干的研制队伍不事声张地成立了。在卫星系统总指挥兼总设计师叶培建以及副总设计师孙泽洲等人的带领下，他们将目光投向中国人刚刚涉足的深空探测领域，开始我国第一个飞出地球母亲怀抱的空间飞行器——嫦娥一号卫星的倾力攻关。他们遇到的难题，即使在攻坚克难已成平常事的航天科研单位中，其难度和数量，都属超常。在有限的条件下，他们凭着独立钻研的执著精神和严谨的科学态度，打造出一颗出色的绕月卫星。 背靠背论证奔月方式 国际上走在深空探测前沿的国家，进行月球探测的第一步往往选择“撞”或者“掠”，就是利用卫星撞向月球或者从月球身边掠过的时间，对月球进行基本的探测，在掌握了月球的一些基本数据后再进行绕月飞行，而嫦娥一号卫星的起点就是“绕”！ 对一个距离地球38万公里远的从未到过的天体，如何去？怎么去？要让“嫦娥”跨越如此遥远的距离顺利奔向月球，卫星轨道设计成了研制团队首先要解决的问题。 这项棘手的任务交到了中国空间技术研究院总体部由杨维廉研究员挂帅的工作小组。任务要求他们通过极其精确的分析求解，建立中途修正的数学模型，同时巧妙利用调相轨道扩大发射窗口的能力。按照设计方案，嫦娥一号卫星发射后先在三个调相轨道运行数天，轨道周期分别是16、24和48小时，然后再奔月而去，并在抵达月球前“急刹车”，在绕月轨道上围绕月球极地轨道做三次轨道调整后进入预定工作轨道。整个飞行过程要经历调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道和环月工作轨道几个阶段。 轨道设计方案诞生是艰苦而具有决定性的。在卫星奔月的过程中，会经历从地球引力为主到月球引力为主的转变过程，整个飞行过程要涉及地、月和航天器相互作用的“三体”问题。这个问题至今也没有工程上可用的分析解。在查阅大量的资料并经过反复讨论和无数次计算后，他们终于找到了一种精确解算地月转移轨道的数值方法，正是这种方法对地月转移轨道的分析与设计起到了关键的作用。 另一个需要攻关的轨道问题是关于调相轨道的设计。在把卫星送入地月转移轨道时，国外常用的做法是由运载火箭直接来完成这个任务，考虑到我国火箭和东方红三号卫星平台的情况，他们采用了一种新的做法，火箭只把卫星送到地球同步转移轨道或者更高的超同步轨道，之后卫星依靠自身的推进系统进一步加速抵达月球附近。嫦娥一号卫星是世界上实践这种探月方式的第一颗卫星。 为确保卫星百分之百安全，在广邀全国专家进行一轮全面的设计复核之后，中国空间技术研究院又专门与三家有能力进行轨道设计的单位并肩协作，共同探讨轨道设计需求，再一次进行了“背靠背”复核，以确保“嫦娥”奔月轨道百分之百的正确性。最后，三家结果一致，证明了嫦娥一号卫星轨道设计的科学性。 让总师从“担心”到“放心” 2003年9月，中国空间技术研究院总体部研究人员邵兴国出任嫦娥一号卫星热控分系统主任设计师。他带领整个热控分系统研制团队迅速进入状态，开始了嫦娥一号卫星史无前例、处处充满着探索和挑战的热控研制。 邵兴国接手嫦娥一号卫星热控分系统研制后，很快就敏锐地觉察到月食不仅对卫星有影响，而且这个影响还相当巨大。首先是没有了太阳能源，进而是没有了太阳外热流，更可怕的是卫星处于阴影区的时间将可能长达5个多小时，这是一般卫星所度过的72分钟阴影区时间的数倍，一旦卫星遭遇月食被“冻僵”了，后果将不堪设想。 经过缜密的计算和分析，邵兴国决定采用两舱热管耦合技术。这是首次在卫星热控设计中采用的技术方案。嫦娥一号卫星的热控一共使用了32根热管。你可别小看了这32根热管，它们的数量和安放位置都是经过严格论证和实验检验的，每一根热管的使用都凝结着邵兴国他们的智慧和心血。员工们说：“在嫦娥一号卫星热控分系统的研制中，热管用出了特色，用出了水平，用得非常成功！” 在热试验的半个多月里，邵兴国和大家连续奋战在试验现场。有时忙得顾不上吃饭，他们就抽空泡包方便面，边吃边琢磨试验难题；觉顾不上睡，他们就在椅子上靠一靠，实在坚持不住了才睡一会儿。整个试验下来，邵兴国眼睛熬得通红不说，人也憔悴了不少。 辛勤的耕耘换回了嫦娥一号卫星热试验的圆满成功，各项工况测试数据正常，热控分系统的功能和性能均满足要求。看着预期的试验结果，大家的脸上终于露出了久违的笑容。嫦娥一号卫星总指挥兼总设计师叶培建这样评价热控分系统的工作：“在方案及初样阶段，我对热控分系统很担心，通过你们大量细致的工作，我现在是对热控分系统比较地放心”。 打造一颗坚实敏感的心 可以奔月，可以耐受高温严寒，还必须具备一颗坚实灵敏的心脏。这颗心脏就是卫星制导导航与控制系统，简称GNC系统。其中，紫外敏感器是GNC系统的一个亮点，是我国首次在卫星上使用。以前我国的卫星都是地球卫星，装备适合地球环境的红外敏感器。月球没有大气层，也就不可能具有稳定的红外辐射带，所以在嫦娥一号卫星上不能使用红外敏感器作为月球的敏感器。为确保可靠地对月指向三体定向的精度要求，副总设计师黄江川、主任设计师张洪华带领GNC团队设计出了适合对月遥感的紫外敏感器，来获得月球平面基准信息，并以此测量卫星对月地指向的姿态偏差，调整卫星的姿态作为“眼睛”来观察月球。紫外敏感器是一全新的具有国际水准的设备，在150度大视场光学设计、复杂月像处理并提取姿态信息及整机地面试验与验证等方面均有所创新，产生了若干项自主知识产权。 至此，嫦娥一号卫星的所有关键技术全部攻关成功，嫦娥一号卫星正样研制完成。 宝贵数据一个不能少 从距地7万公里到地月38万公里的距离，卫星各类信号面临着耗损严重的问题，而现状是——我国测控站只能支持略大于地球同步轨道卫星的高度，如何大幅度提升远距离测控技术是嫦娥一号卫星要解决的另一关键问题。测控数传分系统设计方案确定过程非常艰苦，主任设计师吴学英带领测控数传分系统人员日夜攻关。功夫不负有心人，最终的方案设计有不少独到之处——比如提高全向天线的增益和全空间覆盖范围、减少信号的功率损失、降低遥控码速率并提供高低两种遥测码速率、提供多档码速率、设计多种灵活的工作模式、改进双通道发射链路的设计等，确保了嫦娥一号卫星能够把宝贵的科学探测数据稳定可靠地传回地面。 其中，大角度机械扫描定向天线是首次被采用。 定向天线是一个复杂的机、电、热多学科组合系统，儿乎与卫星的每个分系统都有联系。它的功能是建立星地间数传与测控信号的无线通信链路。担负这项关键的定向天线攻关任务的是一位年轻的女性——主任设计师孙大媛。她手下的兵同样是几个刚刚步入工作岗位的年轻人。初生牛犊不怕虎，他们通力协作，取长补短，硬是把这块难啃的骨头啃了下来，相继解决了系统构型设计、系统内外复杂的接口协调、关键部件研制等多个技术难点，攻克了系统布局设计、压紧释放机构设计和双轴驱动机构设计等技术难关。 38万公里刻写“中国制造” 完成后的嫦娥一号卫星，外形是一个2.0022米×1.72米×2.2米的六面长方体，两侧各装有一个大型展开式太阳电池翼，当两侧太阳翼完全展开后，最大跨度可以达到18米。其重量为2350千克，工作寿命一年，运行在距月球表面200公里高的圆形极轨道上。整颗卫星由结构与机构，热控制，供配电，制导、导航与控制，推进，数据管理，测控数传，定向天线和有效载荷等9个分系统组成。这些分系统各司其职、协同工作，以保证月球探测任务的顺利完成。 嫦娥一号卫星创造了中国航天器多个第一的记录：第一个进入月球轨道的航天器；第一次在飞行中实现8次变轨的航天器；第一次使用紫外敏感器进行姿态确定的航天器；第一次实现远程测控通信的航天器……而每个“第一”的背后都凝结了嫦娥团队成员的心血，都代表着科研人员对航天科技创新孜孜不倦的追求。 嫦娥一号卫星不仅书写了中国人从地球到月球的浪漫传奇，更将无数“中国制造”的范例在38万公里之外的太空彰显。 成熟火箭——完美联姻“嫦娥” 早在1986年，中国航天人为了提高长征运载火箭的能力，开始了新的运载火箭的研制，并将其命名为长征三号甲火箭。在上世纪90年代我国广播通信卫星发展方兴未艾之时，该火箭研制进一步加速。历经8年奋战，1994年，长征三号甲火箭在西昌卫星发射中心首飞成功。当年在大凉山中欢呼的人们也许想不到，十多年之后，同样是这座发射中心，同样是长征三号甲火箭，整流罩中的那颗卫星将穿云破雾进入轨道，进行中国人的第一次访月之旅。 笔记本上记录光荣战绩 长征三号甲火箭元老、现任绕月探测工程副总设计师的龙乐豪院士有一个珍藏的笔记本。在这个笔记本上，逐条记录着长征三号甲火箭光荣的战绩——100％成功。 从上世纪90年代以来，科研人员通过长征三号甲火箭十多次的成功发射不断积累宝贵经验，进行技术改进。长征三号甲火箭主要用于发射地球同步轨道有效载荷，同时兼顾低轨道和太阳同步轨道等其他轨道有效载荷的发射，也可进行一箭双星或一箭多星发射。承担了嫦娥一号卫星发射任务后，长征三号甲火箭再次进行了适应性改进，特别针对提高可靠性，采取了多项冗余设计。按照设计要求，火箭要将嫦娥一号卫星送上近地点为200公里、远地点为51000公里的大椭圆轨道。为满足要求，保证卫星精确地进入预定轨道，成熟的长征三号甲火箭控制系统又增加了单机和线路备份。 执行嫦娥一号卫星发射任务的长征三号甲火箭上，有5项科技创新项目得到了应用： 第一，实施远距离通用测试发控系统总体设计，以自动化测试发控为主，辅以必要的手动干预及专用的应急通道；第二，在控制系统进行了系统级冗余技术研究与应用，首次研究并实现了由平台一激光惯组主从冗余、速率陀螺冗余、三冗余箭载计算机等5个项目构成的系统级冗余，极大提高了飞行可靠性；第三，三级氢氧发动机实施校准试车不分解交付，保证了结构可靠性，消除了发动机校准试车后分解再装造成的性能偏差；第四，我国首套全国产化的激光惯组在长征三号甲火箭上取得成功，实现了箭载激光惯组应用的零突破，标志着我国激光惯组总体设计技术取得新突破；第五，在航天科技集团公司等部门的组织下，长征三号甲系列火箭“十五”可靠性增长工作得以顺利实施，经批复的35项可靠性增长项目，大部分已得到应用。 24分钟完美与三年付出 长征三号甲火箭发射嫦娥一号卫星起飞后，火箭要完成级间分离、二级点火、三级点火、星箭分离、将卫星送入预定轨道等一系列“规定动作”，按设计要求完成这些“规定动作”需要24分钟的时间。 24分钟的“规定动作”对长征三号甲火箭而言已经成为了“常规动作”但在火箭系统总指挥岑拯和总设计师贺祖明带领和倡导下，承担嫦娥一号卫星发射任务的长征三号甲火箭队伍在工作中秉承着这样的严谨信条——技术和操作越是熟练，忧患意识就要更加强烈，一定要保持清醒头脑，一切从零开始。 首颗探月卫星与以往发射的卫星不同，不但卫星轨道对火箭有新的要求，卫星要从地球轨道飞向月球轨道，而且发射窗口时间很短，只有35分钟，而一年中也只有两次发射时机，每次只有三天。如果因为任何细节导致发射延迟，一旦错过这次发射窗口时间，发射就要再等待半年。 为了火箭在太空留下完美的足迹，研制队伍进行了三年的辛勤耕耘。他们清楚地记得走过的每一步： 2004年5月，担负嫦娥一号卫星发射重任的长征三号甲火箭箭体结构开始生产；2006年9月火箭完成电气系统综合试验，同年12月完成全箭总装；2007年1月和8月，分别完成了两次全箭出厂前测试，按照计划要求完成了总装、出厂测试、质量复查和质量检查确认，以及两次“两个100%”复查复审等工作。在每一个步伐的背后，都是研制人员的辛勤付出和劳作。 放大镜下不留“死角” 早在“十五”末期，中国运载火箭技术研究院就根据长征三号甲系列火箭工程规划，为适应“十一五”期间的高密度发射，进行了有效的统筹安排和提前调度。特别是针对嫦娥一号卫星的发射做了重点安排。 2006年8月开始，长征火箭揭开了高密度发射的序幕。10个月的时间内，长征三号甲系列火箭不负众望，先后成功地将8颗卫星送入预定轨道，发射试验队几乎一直处于“一线备战”的状态。 火箭设计研制期间，工程总体计划有所调整，因此火箭测发控模式、发射工位、发射轨道也都有调整。火箭研制人员此时承担着在两个月内3次将长征三号甲火箭发上太空的任务，更要为嫦娥探月进行设计更新。火箭总体设计部门调动各研究室、工程组的力量，一方面保证前方的发射圆满完成，另一方面后方设计人员在夜晚、假日忘我加班，保证工作按照节点高质量地完成。 刘建忠是在此次发射任务中承担火箭设计任务的一名科研人员。他通过认真分析和计算，提出了可行的测量船位调整方案，并建议卫星的入轨姿态靠近发射窗口前沿，既满足了各系统的要求，也减少了火箭测量系统的技术状态变化。 胡炜是动力总体副主任设计师，针对长征三号甲火箭在以前飞行过程中曾出现的某阀门产品不工作的问题，他与研制人员一起，分析故障机理、寻找解决措施、开展试验验证，直到问题最后得到有效解决。 把工作做细致，成为火箭“两总”的共识和对大家的要求。因此，在送“嫦娥”起飞的长征三号甲火箭队伍中，“严上加严，细上加细”的例子数不胜数。 为了万无一失，在长征三号甲火箭出厂前，先后进行了两次全箭测试。同时，火箭还配备了产品质量最稳定的零部件和单机产品。为了满足发射窗口要求，控制、动力、测量等分系统研究编写了厚厚的四大本故障预案文件。此外，进行了加严要求测试。如对电器设备通电时间加长，检测过程中增加一次在氦气状态下测试发动机和气瓶管路阀门特性测试。队员们对多余物的检查更加严格和细致，甚至用放大镜去检查每个细节，确保不留“死角”。 领命绕月探测工程，长征三号甲火箭发射试验队提出了“准时发射，准确入轨”的工作目标。带着责任心和使命感，这支队伍走进了熟悉的大凉山。 2007年10月24日18时05分，长征三号甲火箭伴着惊天动地的轰鸣，托举嫦娥一号卫星挣脱地球的怀抱，开始了漫漫的奔月征程……（武铠 宋丽芳 王羽潇） |
