所有的一切都是利用中國自己的技術、自己的產(chǎn)品、自己的設計、自己的條件完成的�！版隙鹨惶枴�，完完全全的“Made in China”
西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，我國自行研制的長征三號甲運載火箭于10月24日18時5分托舉著“嫦娥一號”衛(wèi)星順利升空。至此，中國航天一座新的里程碑式重大工程——繞月探測工程成功拉開序幕。
從論證到立項
2000年11月22日，中國政府首次公布了航天白皮書——《中國的航天》，明確了近期發(fā)展目標中包括“開展以月球探測為主的深空探測的預先研究”。
2001年，由航天科技集團公司高級技術顧問孫家棟院士牽頭，國防科工委組織航天科技集團公司、中國科學院、總裝備部有關單位等，正式啟動月球探測工程的相關論證工作。航天科技集團公司所屬的中國空間技術研究院作為中國空間技術的主力軍，率先展開月球探測衛(wèi)星方案的論證工作。
誕生了東方紅一號、神舟系列飛船的中國空間技術研究院，充分利用我國應用衛(wèi)星研制成功的經(jīng)驗和成果，最大限度地采用經(jīng)過飛行試驗檢驗的衛(wèi)星平臺及相關分系統(tǒng)的硬件和軟件，通過兩年多的艱苦會戰(zhàn)，設計出結合了東方紅三號衛(wèi)星平臺與中國資源衛(wèi)星特點，又具備多項新技術的“嫦娥一號”衛(wèi)星方案，并順利完成了奔月、探月的關鍵技術攻關。
從1994年國家組織相關專家對開展月球探測的必要性、可行性進行初步分析和論證，到2004年2月25日國防科工委正式宣布中國月球探測工程“嫦娥工程”正式實施，前后共有包括航天科技集團公司專家在內(nèi)的50多名院士、150多位專家參加了探月工程的論證和實施準備工作。這些前期大量的分析論證和方案設計工作，為日后三年內(nèi)如期完成探月計劃奠定了堅實的基礎。
2004年1月23日，溫家寶總理批準繞月探測工程立項，我國月球探測工程全面啟動。作為“‘繞’、‘落’、‘回’”三步走的第一步，一期工程就是研制和發(fā)射探月衛(wèi)星“嫦娥一號”。
“嫦娥工程”總體對“嫦娥一號”衛(wèi)星提出的目標是：精確變軌、繞月飛行、有效探測、一年壽命。
在研制中，為實現(xiàn)多次軌道機動和在各種復雜的環(huán)境下衛(wèi)星能夠可靠運行，工程技術人員遵循和貫徹了一系列可靠性設計原則，采用了大量的相關技術，極大地增強了衛(wèi)星的可靠性。
首先，盡可能地簡化設計。本著簡單實用可靠的原則，“嫦娥一號”衛(wèi)星在初樣設計中，盡量簡化系統(tǒng)配置，減少硬件和軟件的數(shù)量和規(guī)模。
其次，堅持了技術的繼承性和產(chǎn)品的通用化、系列化和組合化的“三化”原則，最大限度地采用了“三化”產(chǎn)品或經(jīng)過空間飛行考驗的硬件、軟件和成熟技術。部件的選擇繼承了許多衛(wèi)星的成熟部件，并根據(jù)“嫦娥一號”衛(wèi)星的特殊應用做了適應性修改和優(yōu)化設計，實施了新技術必須經(jīng)過驗證的做法。
第三，進行了冗余和容錯設計。采取充分和合理的硬件和軟件的冗余和容錯設計，提高了系統(tǒng)的可靠性。
第四，進行了耐環(huán)境的設計等。
實現(xiàn)多項技術跨越
“嫦娥一號”衛(wèi)星是繞月探測衛(wèi)星工程五大系統(tǒng)的核心部分。在總設計師葉培建、副總設計師孫澤洲的帶領下，“嫦娥”團隊的攻關成果來之不易。
國際上走在深空探測最前沿的國家，進行月球探測的第一步往往選擇“撞”或者“掠”，就是利用撞向月球或者從月球身邊掠過的時間，對月球進行基本的探測，在掌握了月球的一些基本數(shù)據(jù)后再進行繞月飛行。而“嫦娥一號”衛(wèi)星起點選擇“繞”！
對一個距離地球38萬多公里遠的從未到過的天體，如何去？怎么去？要讓“嫦娥”跨越如此遙遠的距離順利奔向月球，研制人員先后攻克了衛(wèi)星軌道設計、大幅度提升遠距離測控技術、如何克服月食影響等多項技術難關。
怎樣才能選擇一條既精準又合適的地—月轉移軌道，并在異常復雜的太空環(huán)境下調(diào)整、維持和優(yōu)化軌道呢？按照設計方案，“嫦娥一號”衛(wèi)星發(fā)射后先在三個調(diào)相軌道運行幾天，軌道周期分別是16、24和48小時，之后再奔月而去，并在抵達月球前“急剎車”，在繞月軌道上圍繞月球極地軌道作三次軌道調(diào)整后進入預定工作軌道。整個飛行過程要經(jīng)歷調(diào)相軌道、地月轉移軌道、月球捕獲軌道和環(huán)月工作軌道幾個階段。
軌道設計方案誕生是艱苦而具有決定性的。月球探測器運動的全過程要涉及三體問題，即使是最簡單的三體問題，歷代天文學家和數(shù)學家的潛心研究至今也未找到工程上可用的分析解。有關專家找到了1960年代美國在著手“阿波羅”登月計劃時，兩位學者對地月轉軌問題所作的一篇奠基性的論文，無奈論文只給出了結果但未給出算法方面的任何信息。經(jīng)過反復的討論和無數(shù)次的計算，他們終于找到了一種數(shù)值方法原則上可以達到任意精度的有效方法，可以復現(xiàn)美國學者所獲得的結果。在此算法基礎之上，他們利用簡化的三體運動的模型對于地月轉軌進行全局性的研究，其結果對于“嫦娥一號”衛(wèi)星的軌道設計起了決定性的作用。
另一個需要攻關的軌道問題是關于調(diào)相軌道的設計。在把衛(wèi)星送入地月轉移軌道時，國外常用的做法是由運載火箭直接來完成這個任務�？紤]到擔任發(fā)射任務的長征三號甲運載火箭和東方紅三號衛(wèi)星平臺的實際情況，系統(tǒng)工程室采用了一種新的做法，火箭只把衛(wèi)星送到地球同步轉移軌道或者更高的超同步軌道，之后衛(wèi)星依靠自身的推進系統(tǒng)進一步加速達到月球附近。“嫦娥一號”衛(wèi)星是世界上實踐這種探月方式的第一顆衛(wèi)星。
從距地7萬公里到地月38萬公里的距離，衛(wèi)星各類信號面臨著嚴重衰減的問題。而現(xiàn)狀是，我國測控站只能支持略大于地球同步軌道衛(wèi)星的高度，如何大幅度地提升遠距離測控技術是要解決的另一關鍵。測控數(shù)傳分系統(tǒng)設計方案確定過程非常艱苦，負責這一課題的人員日夜攻關，對方案一次又一次的論證、修改，最終的方案設計擁有不少獨到之處，確保了“嫦娥一號”能夠把寶貴的科學探測數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠地傳回地面。其中，大角度機械掃描定向天線是首次被采用。
在各種方案已經(jīng)基本確定的情況下，2005年上半年，我國氣象部門預測到，“嫦娥一號”在一年的壽命期內(nèi)不可避免地需經(jīng)歷兩次月食！
這又是一個巨大的考驗！月食發(fā)生時，太陽光被擋住，周圍變得異常寒冷，衛(wèi)星是依靠太陽能供電工作，如果溫度太低，衛(wèi)星上的儀器將有可能凍結，無法工作。實際上月球表面的熱環(huán)境也十分復雜，這些都將對衛(wèi)星的供電能力、熱控的維持能力，星上狀態(tài)設置的準確性和最小功耗模式的穩(wěn)定性造成巨大影響。這一切意味著，在僅余的兩年時間里，必須通過各種補充試驗來設法提高“嫦娥一號”的生存能力和可靠性�？萍既藛T從攻關論證入手，全面分析各種不確定性因素，改進了相關分系統(tǒng)的設計，對關鍵環(huán)節(jié)進行了專項試驗驗證，對衛(wèi)熱設計和數(shù)管軟件進行了修改和完善，使衛(wèi)星能夠抵御住巨大的冷熱溫差。
可以奔月，可以耐受高溫嚴寒，還必須具備一顆可靠靈敏的心臟，這顆心臟就是衛(wèi)星制導導航與控制系統(tǒng)，簡稱GNC系統(tǒng)。其中，紫外敏感器是本次GNC系統(tǒng)的一個亮點，是我國首次在衛(wèi)星上使用。紫外月球敏感器是一全新的具有國際水準的設備，在150°大視場光學設計、復雜月像處理并提取姿態(tài)信息及整機地面試驗與驗證等方面均有所創(chuàng)新，產(chǎn)生了若干項自主知識產(chǎn)權。裝配了各種敏感器的GNC系統(tǒng)可以自主地指揮衛(wèi)星做出各種動作，也可以按照地面站的指令讓衛(wèi)星在太空中也能按照人們的意圖工作。
“嫦娥工程”一期工程將創(chuàng)造中國航天器史上多個第一的紀錄：第一個進入月球軌道的航天器；第一次在飛行中實現(xiàn)至少8次變軌的航天器；第一次使用紫外敏感器進行姿態(tài)確定的航天器；第一次實現(xiàn)遠程測控通信的航天器等。
長征火箭不辱使命
發(fā)射“嫦娥一號”衛(wèi)星的長征三號甲運載火箭，由中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院研制。
“長三甲”與探月工程的淵源頗深。也許人們想象不到，長三甲的研制者是最早明確提出探月設想的團隊之一。這里面有個小故事。1993年，長征三號甲火箭正在研制，準備于次年初進行第一次飛行試驗。此時，第一次飛行試驗還沒有明確的有效載荷，于是火箭總設計師龍樂豪等想到是否可以用它來進行探月的嘗試，把一個東西打到月球上去，在月球上第一次留下中國人的印記。這樣既試驗了火箭性能，又為探月開了路，豈不一舉兩得？這個建議在內(nèi)部會議上被提了出來，然而終因缺乏可行性而沒有得到批準。十多年后，長三甲火箭果真承擔起發(fā)射我國第一顆繞月探測衛(wèi)星的重任。
長三甲火箭從一開始研制就制定了較高的技術指標。為了實現(xiàn)這些指標，研制人員在方案論證階段提出百余項新技術項目，其中重大新技術項目約30項，關鍵技術4項。隨著研制工作的逐步深入，又提出了一些新的課題，到1993年3月，重點新技術項目總數(shù)為41項。這些新技術不但代表著當時國內(nèi)的最高水平，許多項目還趕上或超過了世界航天大國的技術水平。其中重大技術關鍵項目有4項，即:大推力氫氧發(fā)動機；動調(diào)陀螺四軸平臺技術；冷氦加溫增壓技術；低溫氫氣能源雙擺伺服機構技術。重點新技術有41項，這些新技術為火箭整體技術目標的實現(xiàn)提供了保證，同時，四大關鍵技術的確立，形成了整個火箭研制的主攻方向。經(jīng)過8年攻關，上述技術先后都被突破。
為了執(zhí)行“嫦娥一號”衛(wèi)星發(fā)射任務，火箭研制人員對長征三號甲作了適應性改進，應用了5項科技創(chuàng)新項目。它們分別是：長征三號甲系列火箭遠距離通用測試發(fā)控系統(tǒng)總體設計；控制系統(tǒng)系統(tǒng)級冗余技術研究與應用；三級氫氧發(fā)動機校準試車后不分解技術研究與應用；激光慣性測量組合技術研究與應用；可靠性增長項目應用。
十多年來，長三甲火箭先后多次發(fā)射，次次成功，取得了100%成功。這一次，長三甲火箭再次不辱使命，圓滿完成了發(fā)射任務，準確地把“嫦娥一號”衛(wèi)星送入了預定軌道。
年輕的事業(yè)，年輕的團隊
“嫦娥一號”衛(wèi)星副總指揮龍江，34歲。
“嫦娥一號”衛(wèi)星副總設計師孫澤洲，37歲。
“嫦娥一號”衛(wèi)星總體主任設計師饒煒，36歲。
“嫦娥一號”研制團隊平均年齡不到30歲。這是一支那么年輕的團隊！
要實現(xiàn)“精確變軌，繞月飛行，首飛成功，一年壽命”的探測工程目標，年輕的嫦娥研制團隊在充分利用現(xiàn)有衛(wèi)星研制成果的同時，更針對月球探測衛(wèi)星的新特點，集思廣益開拓進取，短短3年多來先后攻克了軌道設計、月食問題、兩自由度數(shù)傳定向天線研制、衛(wèi)星熱設計、制導/導航與控制分系統(tǒng)設計、測控數(shù)傳分系統(tǒng)設計、紫外月球敏感器、數(shù)管分系統(tǒng)設計等一系列技術難題，拿下了一大批具有自主知識產(chǎn)權的核心技術。
按照中央“高標準、高質量、高效率地完成繞月探測任務”的指示，“嫦娥一號”衛(wèi)星研制團隊狠抓質量管理。在衛(wèi)星研制的過程中，他們周密計劃、大力協(xié)同，對所有單機、分系統(tǒng)和系統(tǒng)總體的設計都要進行全面復查復審、反思、質疑，每個環(huán)節(jié)都要進行拉網(wǎng)式的、從最小單元開始的復查復審，反思存在的差距和薄弱環(huán)節(jié)。整個嫦娥研制隊伍上下一心，把每一項復查工作都深入到研究室工程組一級，確�！版隙鹨惶枴毙l(wèi)星不帶問題出廠、不帶問題轉場、不帶隱患上天和在軌穩(wěn)定運行。
除了繼承已有的經(jīng)驗，完成型號質量工作中的一系列“規(guī)定動作”，如復核復算與復查、嚴格質量歸零、認真評審、關鍵件及關鍵項目控制等，他們還針對衛(wèi)星可能發(fā)生的意外情況，提前做好了84項故障預案與對策，對每個可能出現(xiàn)的故障都進行了預先的模擬，做足了解決方案。根據(jù)“嫦娥”的飛行特點，飛控分系統(tǒng)在發(fā)射前進行了大量飛控準備，在地面建立了一整套地面支持系統(tǒng)。這一套1:1的地面系統(tǒng)從衛(wèi)星發(fā)射的第一秒起就能夠實時模擬衛(wèi)星運行情況，一旦衛(wèi)星在天上發(fā)生意外，在地面就能夠一目了然運籌帷幄，在第一時間同步發(fā)現(xiàn)故障。
測控也是“嫦娥一號”衛(wèi)星質量的一個關鍵問題，為了確保測控的安全和可靠，研制隊伍對所有要求測控的地方都進行了對接。這個由二三十歲年輕人組成的對接試驗隊在葉培建院士帶領下跋山涉水，奔赴全國各地的站點以及德國等地進行測控工作。他們帶著二十多個沉重的設備箱，沿途搬運裝卸，在一天之內(nèi)從祖國最西邊的新疆輾轉趕到魚米之鄉(xiāng)的蘇滬，無論是苦戰(zhàn)在烏市早晚二三十度溫差的南山牧場上，還是耐受著華東三十多攝氏度的桑拿天；無論是工作在條件較好的屏蔽間內(nèi)，還是奮戰(zhàn)在正在檢修、條件艱苦的測控船上，每當?shù)竭_一個新的目的地時，不管有多晚，有多累，大家放下行李后的第一件事，就是把設備展開進行檢查。
三年磨一劍，中國空間技術研究院“嫦娥”研制隊伍為衛(wèi)星健康奔向月宮打下了堅實的基礎，也向世人展示了深空探測人才的智慧與品格。
與實施載人航天工程一樣，月球探測是一個國家綜合國力的體現(xiàn)，是航天技術發(fā)展水平的象征，是提升國家地位的載體，更是一個國家科學技術發(fā)展水平的重要標志。
中國航天科技集團公司總經(jīng)理、繞月探測工程領導小組副組長馬興瑞說，利用“嫦娥一號”衛(wèi)星，我國將成為世界上第一個繪制立體月球地圖的國家。國際上已有多個版本的平面月球地圖，但立體的只有兩幅，且做得不完整。“嫦娥一號”衛(wèi)星將通過對月球表面進行全月面三維立體照相，繪制出完整細致的立體月球地圖。由于目前國際上還沒有覆蓋真格月面的影像，如果我國獲取全月面三維影像，將能夠更好地了解月球表面的基本地貌、地質構造、演化歷史。我國要爭取比國外已有的此類圖像做得更完整、更精細，從而獲知為未來登陸月球提供參考數(shù)據(jù)。
據(jù)介紹，中國還將首次利用微波輻射來測量月壤厚度，并估算月壤中氦-3的分布和資源量。還將對月球表面的其他有用元素進行探測，并初步編制各元素的月面分布圖。之前美國已經(jīng)做了5種有用元素的全球性分布與含量探測，“嫦娥一號”要把元素探測的范圍擴大到14種。此外，“嫦娥一號”衛(wèi)星將首次探測遠至4萬至40萬公里間的空間環(huán)境。更難能可貴的是，在這宏大的系統(tǒng)工程中，所有的一切都是利用中國自己的技術、自己的產(chǎn)品、自己的設計、自己的條件完成的�！版隙鹨惶枴�，完完全全的“Made in China”!(記者 王羽瀟)
相關報道
