——中国航天科技集团公司组织实施嫦娥二号任务纪实之一 
那一幕宛在昨日。 2007年11月7日，经过15天的漫长等待后，嫦娥一号卫星近地点轨道制动宣布成功。这一刻，北京航天飞行控制中心的大厅里传来了久违的欢呼声和掌声，孙家栋跟同事们拥抱在一起，热泪盈眶。对于从事空间科学研究的航天专家而言，这一切来之不易。 有梦想的人永远在前行。他们探索的脚步仍在继续。 时间悄悄流逝。转眼三个年头过去了，又到了一个收获的季节。 备受瞩目的“嫦娥”在这个秋天又一次带着神圣使命奔向广寒宫。探月工程二期的先导星——“嫦娥二号”，踏上奔月旅程。在嫦娥二号任务中，中国航天科技集团公司又责无旁贷地承担起了运载火箭系统和卫星系统全部研制生产及试验任务。 为什么要向月球进军，探索更加广阔的宇宙空间？“嫦娥二号”又有怎样的前世今生？“嫦娥一号”已完美谢幕，“嫦娥二号”将担负什么历史使命？探月工程又会带来怎样的价值和意义？ 带着这些问题与思考，记者采访了中国探月工程原总设计师、中国航天科技集团公司高级技术顾问孙家栋等。 通过他们的讲述，一段段尘封已久和耐人寻味的故事逐渐浮出水面。 从“8万公里的尝试”到“38万公里的壮举” “最终大家对工程方案达成一致。简单说就是用我国20世纪末期取得的航天成就，经过精心、合理、科学的组合，再加上科学的改造，来进行我国航天史上的首次深空探测。”孙家栋如此总结道。 对于头顶的这轮皓月，人类从未停止过畅想。 航天技术的飞速发展，让人类有了把“梦想变成现实”的无限可能。航天专家孙家栋，从事卫星研制工作近半个世纪，他对月球也怀揣着一个“梦想”。 在他的办公桌上摆有一个由美国科学家勘测的数据研制而成的月球仪，工作停下来，他时常凝视着这个月球仪，心生无限期待：什么时候桌子上也能放一个以中国卫星勘测的数据制成的月球仪呢？ 2010年年初，一个半人高的月球仪搬进了他的办公室。看着这个饱含自己和其他科研人员心血的月球仪，孙家栋的脸上绽开了笑容。他自豪地告诉记者：“桌上的小月球仪南北极的科学数据是空白的，而我们自己的月球仪上的南北极有了实实在在的科学数据，这越发证明了中国探月工程的价值。”科学数据被每一位从事科学研究的工作人员视作珍宝。然而当初，很多人对探月工程的价值提出了疑问：国外很多年前就已经做成的事情，我们现在耗费大量的人力、物力重新来做，到底值不值得？ 孙家栋有自己的看法。他曾不止一次地阐述过他的观点：我们从事科学研究，总是希望能够拿到一手资料。我们通过各种数据库查阅的资料，的确对我们的事业有一定的帮助，但那毕竟是别人的。中国的科学家只有用上自己的科学数据，才能在世界科学舞台上赢得瞩目和尊重。 当人类的探索视角不拘泥于地球，渴望伸向更远的领域时，月球成为无数航天“攀岩者”的“下一个目标”。 实际上，在2004年春天探月工程立项之前，中国航天已经有了“向深空挺进”的尝试。本世纪初期，一出“中欧携手”打造的“双星大戏”引来了不少业内外人士的关注。两颗卫星飞向了距离地球8万公里的轨道，而在此之前，中国发射的卫星与地面的最远距离是3.5万公里。这无疑是中国航天史上飞得最远的一次“跨越”。这“低调”的“一小步”让当时的很多中方科学家热血澎湃，他们认为中国航天已经具备了深空探测的实力。“向月球进军”的呼声一时间成为学界探讨的热点。 然而，孙家栋等很多航天专家知道，从8万公里的空间到38万公里以外的月球，其中的距离，不是单靠热情就能实现的。然而从事空间领域研究的科学家的探索却并没有停止过，他们开始了探月工程方案的论证和研讨。纵览国际航天风云，很多科学家坚定不移：向深空进军，乃大势所趋。载人航天工程成功后，很多科学家提出：能否把载人航天工程的成功经验“植入”探月工程中，用载人航天工程的成功经验来检验深空探测的可行性？ 然而，随着载人航天工程的实施，航天专家们逐渐发现“载人航天”与“月球探测”无法结合。单拿38万公里的“奔月之路”来说，就对测控系统提出了更高的要求。此外，卫星平台、发射火箭、发射场等等分系统都需要为探月工程“量身打造”，这让很多科学家隐隐感到兴奋。 对于从事科学研究的专家而言，依靠“重大工程”拉动“技术上台阶”，能够带动相关领域的长久发展。月球探测是一个崭新的领域，如果“量身打造”一个技术方案，势必会为相关领域带来更大的发展机遇和动力。一时间，各种“着眼未来”的设计方案纷至沓来。 “客观来说，他们的想法非常有价值，并且很有前瞻性。 但是深空探测需要结合当时的航天实际。”孙家栋告诉记者，经过充分论证，航天专家们决定在工程设计中“做点减法”，用当年第一次发射第一颗同步通信卫星的整套系统来给“第一次奔月”做方案，用稳定的火箭、成熟的卫星平台、可靠的发射系统、精准的测控，为第一次“奔月”保驾护航。 “最终大家对工程方案达成一致。简单说就是用我国20世纪末期取得的航天成就，经过精心、合理、科学的组合，再加上科学的改造，来进行我国航天史上的首次深空探测。”孙家栋如此总结道。 从“绕”到“落”的伟大跨越 “从‘嫦娥一号’飞向月球的那一刻起，我就知道，飞向月球的大门一经打开，深空探测的脚步就不会停止。”2007年10月发射的“嫦娥一号”至今是中国航天的一个“成功样本”，工程的高效和质量的精良，让世界航天同行惊叹不已。 孙家栋向记者总结了该项工程的三个特点：一是快，从项目的正式立项，到“嫦娥一号”的升空，仅三年时间；二是质量好，一次发射成功，精确入轨，各项指标精良，卫星所有的“动作”都在“所控”之中；三是经济效益好，当时很多媒体惊呼“嫦娥一号”的经费仅为两公里地铁的造价。孙家栋告诉记者，这一切都是建立在中国航天实际情况的基础之上。 “从‘嫦娥一号’飞向月球的那一刻起，我就知道，飞向月球的大门一经打开，深空探测的脚步就不会停止。”孙家栋告诉记者，“飞向月球仅仅是深空探测的起步。结合中国航天的实际，我们拟定了月球探测计划的三期工程。”孙家栋提到的“三期工程”就是日后为公众所熟悉的“三步走”——“绕、落、回”。“嫦娥一号”是“绕”的伟大尝试，隔着200公里的距离“遥望”月球，获取科学数据；“落”则是探测器在制定点降落，真真实实地在月球上开采取样。 如何确保探月工程二期的探测器——“嫦娥三号”能够在月球上“安全着陆”？这让不少航天专家犯难。毕竟对于中国航天而言，保安全、保成功，一直是孜孜以求的目标。 这时，又有航天专家提出：能否在“落”之前发射一颗先导卫星？这颗卫星在技术上和工程目标的实现上，介于探月工程一期和二期之间，并且能够为探月工程二期的“落”提供借鉴。 出于经济因素的考虑，航天专家们想到了嫦娥一号卫星的备份星——“嫦娥二号”，历史使命就这样“降落”在“嫦娥二号”身上。 探月工程二期相较于一期，有一个巨大的技术突破：发射探月工程二期探测器的火箭需要将卫星直接送入地月转移轨道；而探月工程一期的探测器则依靠自身经过多次“变轨”和调姿，逐渐到达近月轨道。运载火箭和卫星的这种“配合”从未在“航天实战”中演练过，嫦娥二号任务就担负起了验证这项技术的重要责任。 在孙家栋看来，探月工程二期的先导星——“嫦娥二号”承担的工程责任远不止这些。此次卫星上携带的设备“更加精良”。“嫦娥二号”携带的相机分辨率更高，它将对二期工程探测器的着陆区进行仔细的探测，为探月工程二期的顺利实施奠定技术基础。 探月工程总设计师吴伟仁曾经总结过“嫦娥二号”六大技术创新与跨越，对于“嫦娥二号”而言，它承担的任务依然是“前所未有”的。对于这条“奔月之路”，无疑会给后来的“嫦娥们”提供巨大的“探路”支持。 从确保绕月到多任务探测 “如果考虑到将完成的一系列试验和探测任务的复杂性，那么把嫦娥二号卫星比作一个要在严酷环境中进行高难度表演的杂技演员是毫不为过的。”进入地月转移轨道后，在飞往月球的100多个小时，嫦娥二号卫星面临的最大风险是能否精准“刹车”，即卫星通过近月制动能否被月球重力场捕获。 尽管这个技术在嫦娥一号卫星的飞行试验中，已经得到了成功的检验，但它依然是此次飞行任务的一个关键的风险点。 “在近月制动点的时候，卫星对于月球来说实际上处在非闭合的轨道上。如果不及时‘刹车’，嫦娥二号卫星就不能成为月球卫星。”黄江川一边介绍一边用手势划着轨道的曲线。 10月6日，北京航天飞行控制中心，随着第112小时的临近，人们屏气凝神地盯着大屏幕。显示屏上数据不断跳变，嫦娥二号卫星的速度逐渐慢了下来，最终稳稳地“刹”住了车。瞬间，在场的人们长舒了一口气。 “进入到月球运行轨道后，嫦娥二号卫星还要在轨工作半年。卫星完成在轨测试‘体检’后，就可以开展探测工作。在探测过程中，风险也无处不在。我们目前排了一个计划表和一系列预案，但在具体的实施过程中，还要根据卫星当时的状态做出实时调整。”于登云表示。 根据工程任务和科学任务的要求，嫦娥二号卫星经过几次变轨，要稳定运行在距离月面100公里的圆轨道上。 同时，还要过渡到近月点15公里、远月点100公里椭圆轨道。 “如果考虑到将完成的一系列试验和探测任务的复杂性，那么把嫦娥二号卫星比作一个要在严酷环境中进行高难度表演的杂技演员是毫不为过的。”黄江川介绍道。 “嫦娥二号”新增了高分辨率CCD相机，旨在获取更高分辨率的月球表面三维影像。这一科学任务的完成最终要依靠工程手段。根据地月运动的规律，在地球上始终只能看到月球的一面，无法看到月球的另一面。 嫦娥二号卫星要成像的备选着陆区在月球的正面，就是月球朝向地球的一面。因此，要实施近月点15公里、远月点100公里的轨道变轨，让这个轨道的近月点正好在备选区域内，卫星就必须在月球背着地球的那一面变轨。而此刻，地面的遥测信号无法进行传递，卫星只能按照已经设置好的自动程序运行。 “如果发动机点火不成功，那只能等待下个月变轨的机会。而如果点火过了的话，造成轨道低于15公里，卫星将面临致命风险。”黄江川不由自主地加重了语气。 根据人类现有的月球探测数据，月球上最高的山在10公里以上。届时，卫星的飞行速度在每秒2公里左右。即使出现每秒几米的误差，都可能撞上月球高山。 在一系列的变轨过程中，490牛顿发动机尤为关键。星箭分离后，嫦娥二号卫星在飞向月球的38万公里漫长旅程中，主要依靠该发动机提供精准的变轨动力，进行轨道变换和中途轨道修正。它的可靠性也成为任务成败的关键因素之一。 嫦娥二号任务要在嫦娥一号任务的基础上实现六大创新与突破，这些工程任务往往是一环扣一环，因此要协调好它们之间的关系。比如说，近月点15公里、远月点100公里的椭圆轨道变轨，除了验证轨道以外，还要对月球指定区域进行高分辨率成像，同时还要对X频段深空探测技术进行验证。 因此，技术人员能否对卫星进行精准操作，构成了卫星的另一重风险。为了规避操作上的风险，确保嫦娥二号卫星的安全，卫星发射试验队提出了“操作零缺陷”的要求。 “还有一种风险来自月球具有的特殊空间环境。”黄江川所说的特殊空间环境主要是指月球表面的物质分布非常不均匀，造成月球不同区域的重力场并不一样。因此，卫星在轨运行期间，其轨道要经常进行维护。 此外，太阳每隔11年左右都有一个活跃期，形成太阳风暴，会对卫星造成影响。如果严重的话，可能造成电子元器件或者设备损坏。在嫦娥二号卫星在轨运行阶段，正好是太阳活跃期的上升段，卫星也将面临这方面的挑战。 黄江川介绍，技术人员在产品设计和研制过程中已经考虑到了太阳风暴的可能危害，并做了一些抵抗性试验，加强卫星这方面的抵抗能力。 嫦娥二号卫星发射时采用地月转移轨道技术，火箭直接把卫星送入奔月轨道，而且此后卫星只进行了一次中途轨道修正就进入环月轨道，这些都大大节省了卫星的燃料。 半年的“规定动作”完成以后，嫦娥二号卫星490牛顿的发动机将再次启动。根据燃料的剩余情况，嫦娥二号卫星可能尝试完成更高难度的“附加动作”，踏上最终的梦想之旅。（黄希 陈全育 索阿娣/文 刘建安/摄） |
