所有的一切都是利用中國自己的技術(shù)、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”
西昌衛星發(fā)射中心，我國自行研制的長(cháng)征三號甲運載火箭于10月24日18時(shí)5分托舉著(zhù)“嫦娥一號”衛星順利升空。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(kāi)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(shū)——《中國的航天》，明確了近期發(fā)展目標中包括“開(kāi)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(shù)顧問(wèn)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(xué)院、總裝備部有關(guān)單位等，正式啟動(dòng)月球探測工程的相關(guān)論證工作。航天科技集團公司所屬的中國空間技術(shù)研究院作為中國空間技術(shù)的主力軍，率先展開(kāi)月球探測衛星方案的論證工作。
誕生了東方紅一號、神舟系列飛船的中國空間技術(shù)研究院，充分利用我國應用衛星研制成功的經(jīng)驗和成果，最大限度地采用經(jīng)過(guò)飛行試驗檢驗的衛星平臺及相關(guān)分系統的硬件和軟件，通過(guò)兩年多的艱苦會(huì )戰，設計出結合了東方紅三號衛星平臺與中國資源衛星特點(diǎn)，又具備多項新技術(shù)的“嫦娥一號”衛星方案，并順利完成了奔月、探月的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
從1994年國家組織相關(guān)專(zhuān)家對開(kāi)展月球探測的必要性、可行性進(jìn)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(shí)施，前后共有包括航天科技集團公司專(zhuān)家在內的50多名院士、150多位專(zhuān)家參加了探月工程的論證和實(shí)施準備工作。這些前期大量的分析論證和方案設計工作，為日后三年內如期完成探月計劃奠定了堅實(shí)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(dòng)。作為“‘繞’、‘落’、‘回’”三步走的第一步，一期工程就是研制和發(fā)射探月衛星“嫦娥一號”。
“嫦娥工程”總體對“嫦娥一號”衛星提出的目標是：精確變軌、繞月飛行、有效探測、一年壽命。
在研制中，為實(shí)現多次軌道機動(dòng)和在各種復雜的環(huán)境下衛星能夠可靠運行，工程技術(shù)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(guān)技術(shù)，極大地增強了衛星的可靠性。
首先，盡可能地簡(jiǎn)化設計。本著(zhù)簡(jiǎn)單實(shí)用可靠的原則，“嫦娥一號”衛星在初樣設計中，盡量簡(jiǎn)化系統配置，減少硬件和軟件的數量和規模。
其次，堅持了技術(shù)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(guò)空間飛行考驗的硬件、軟件和成熟技術(shù)。部件的選擇繼承了許多衛星的成熟部件，并根據“嫦娥一號”衛星的特殊應用做了適應性修改和優(yōu)化設計，實(shí)施了新技術(shù)必須經(jīng)過(guò)驗證的做法。
第三，進(jìn)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，提高了系統的可靠性。
第四，進(jìn)行了耐環(huán)境的設計等。
實(shí)現多項技術(shù)跨越
“嫦娥一號”衛星是繞月探測衛星工程五大系統的核心部分。在總設計師葉培建、副總設計師孫澤洲的帶領(lǐng)下，“嫦娥”團隊的攻關(guān)成果來(lái)之不易。
國際上走在深空探測最前沿的國家，進(jìn)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(guò)的時(shí)間，對月球進(jìn)行基本的探測，在掌握了月球的一些基本數據后再進(jìn)行繞月飛行。而“嫦娥一號”衛星起點(diǎn)選擇“繞”！
對一個(gè)距離地球38萬(wàn)多公里遠的從未到過(guò)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星軌道設計、大幅度提升遠距離測控技術(shù)、如何克服月食影響等多項技術(shù)難關(guān)。
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)境下調整、維持和優(yōu)化軌道呢？按照設計方案，“嫦娥一號”衛星發(fā)射后先在三個(gè)調相軌道運行幾天，軌道周期分別是16、24和48小時(shí)，之后再奔月而去，并在抵達月球前“急剎車(chē)”，在繞月軌道上圍繞月球極地軌道作三次軌道調整后進(jìn)入預定工作軌道。整個(gè)飛行過(guò)程要經(jīng)歷調相軌道、地月轉移軌道、月球捕獲軌道和環(huán)月工作軌道幾個(gè)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(dòng)的全過(guò)程要涉及三體問(wèn)題，即使是最簡(jiǎn)單的三體問(wèn)題，歷代天文學(xué)家和數學(xué)家的潛心研究至今也未找到工程上可用的分析解。有關(guān)專(zhuān)家找到了1960年代美國在著(zhù)手“阿波羅”登月計劃時(shí)，兩位學(xué)者對地月轉軌問(wèn)題所作的一篇奠基性的論文，無(wú)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(guò)反復的討論和無(wú)數次的計算，他們終于找到了一種數值方法原則上可以達到任意精度的有效方法，可以復現美國學(xué)者所獲得的結果。在此算法基礎之上，他們利用簡(jiǎn)化的三體運動(dòng)的模型對于地月轉軌進(jìn)行全局性的研究，其結果對于“嫦娥一號”衛星的軌道設計起了決定性的作用。
另一個(gè)需要攻關(guān)的軌道問(wèn)題是關(guān)于調相軌道的設計。在把衛星送入地月轉移軌道時(shí)，國外常用的做法是由運載火箭直接來(lái)完成這個(gè)任務(wù)�？紤]到擔任發(fā)射任務(wù)的長(cháng)征三號甲運載火箭和東方紅三號衛星平臺的實(shí)際情況，系統工程室采用了一種新的做法，火箭只把衛星送到地球同步轉移軌道或者更高的超同步軌道，之后衛星依靠自身的推進(jìn)系統進(jìn)一步加速達到月球附近�！版隙鹨惶枴毙l星是世界上實(shí)踐這種探月方式的第一顆衛星。
從距地7萬(wàn)公里到地月38萬(wàn)公里的距離，衛星各類(lèi)信號面臨著(zhù)嚴重衰減的問(wèn)題。而現狀是，我國測控站只能支持略大于地球同步軌道衛星的高度，如何大幅度地提升遠距離測控技術(shù)是要解決的另一關(guān)鍵。測控數傳分系統設計方案確定過(guò)程非常艱苦，負責這一課題的人員日夜攻關(guān)，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(xué)探測數據穩定可靠地傳回地面。其中，大角度機械掃描定向天線(xiàn)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(mén)預測到，“嫦娥一號”在一年的壽命期內不可避免地需經(jīng)歷兩次月食！
這又是一個(gè)巨大的考驗！月食發(fā)生時(shí)，太陽(yáng)光被擋住，周?chē)兊卯惓：�，衛星是依靠太陽(yáng)能供電工作，如果溫度太低，衛星上的儀器將有可能凍結，無(wú)法工作。實(shí)際上月球表面的熱環(huán)境也十分復雜，這些都將對衛星的供電能力、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定性造成巨大影響。這一切意味著(zhù)，在僅余的兩年時(shí)間里，必須通過(guò)各種補充試驗來(lái)設法提高“嫦娥一號”的生存能力和可靠性�？萍既藛T從攻關(guān)論證入手，全面分析各種不確定性因素，改進(jìn)了相關(guān)分系統的設計，對關(guān)鍵環(huán)節進(jìn)行了專(zhuān)項試驗驗證，對衛熱設計和數管軟件進(jìn)行了修改和完善，使衛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，這顆心臟就是衛星制導導航與控制系統，簡(jiǎn)稱(chēng)GNC系統。其中，紫外敏感器是本次GNC系統的一個(gè)亮點(diǎn)，是我國首次在衛星上使用。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(chǎng)光學(xué)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系統可以自主地指揮衛星做出各種動(dòng)作，也可以按照地面站的指令讓衛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(gè)第一的紀錄：第一個(gè)進(jìn)入月球軌道的航天器；第一次在飛行中實(shí)現至少8次變軌的航天器；第一次使用紫外敏感器進(jìn)行姿態(tài)確定的航天器；第一次實(shí)現遠程測控通信的航天器等。
長(cháng)征火箭不辱使命
發(fā)射“嫦娥一號”衛星的長(cháng)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(shù)研究院研制。
“長(cháng)三甲”與探月工程的淵源頗深。也許人們想象不到，長(cháng)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(gè)小故事。1993年，長(cháng)征三號甲火箭正在研制，準備于次年初進(jìn)行第一次飛行試驗。此時(shí)，第一次飛行試驗還沒(méi)有明確的有效載荷，于是火箭總設計師龍樂(lè )豪等想到是否可以用它來(lái)進(jìn)行探月的嘗試，把一個(gè)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(kāi)了路，豈不一舉兩得？這個(gè)建議在內部會(huì )議上被提了出來(lái)，然而終因缺乏可行性而沒(méi)有得到批準。十多年后，長(cháng)三甲火箭果真承擔起發(fā)射我國第一顆繞月探測衛星的重任。
長(cháng)三甲火箭從一開(kāi)始研制就制定了較高的技術(shù)指標。為了實(shí)現這些指標，研制人員在方案論證階段提出百余項新技術(shù)項目，其中重大新技術(shù)項目約30項，關(guān)鍵技術(shù)4項。隨著(zhù)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(diǎn)新技術(shù)項目總數為41項。這些新技術(shù)不但代表著(zhù)當時(shí)國內的最高水平，許多項目還趕上或超過(guò)了世界航天大國的技術(shù)水平。其中重大技術(shù)關(guān)鍵項目有4項，即:大推力氫氧發(fā)動(dòng)機；動(dòng)調陀螺四軸平臺技術(shù)；冷氦加溫增壓技術(shù)；低溫氫氣能源雙擺伺服機構技術(shù)。重點(diǎn)新技術(shù)有41項，這些新技術(shù)為火箭整體技術(shù)目標的實(shí)現提供了保證，同時(shí)，四大關(guān)鍵技術(shù)的確立，形成了整個(gè)火箭研制的主攻方向。經(jīng)過(guò)8年攻關(guān)，上述技術(shù)先后都被突破。
為了執行“嫦娥一號”衛星發(fā)射任務(wù)，火箭研制人員對長(cháng)征三號甲作了適應性改進(jìn)，應用了5項科技創(chuàng )新項目。它們分別是：長(cháng)征三號甲系列火箭遠距離通用測試發(fā)控系統總體設計；控制系統系統級冗余技術(shù)研究與應用；三級氫氧發(fā)動(dòng)機校準試車(chē)后不分解技術(shù)研究與應用；激光慣性測量組合技術(shù)研究與應用；可靠性增長(cháng)項目應用。
十多年來(lái)，長(cháng)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(cháng)三甲火箭再次不辱使命，圓滿(mǎn)完成了發(fā)射任務(wù)，準確地把“嫦娥一號”衛星送入了預定軌道。
年輕的事業(yè)，年輕的團隊
“嫦娥一號”衛星副總指揮龍江，34歲。
“嫦娥一號”衛星副總設計師孫澤洲，37歲。
“嫦娥一號”衛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(shí)現“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有衛星研制成果的同時(shí)，更針對月球探測衛星的新特點(diǎn)，集思廣益開(kāi)拓進(jìn)取，短短3年多來(lái)先后攻克了軌道設計、月食問(wèn)題、兩自由度數傳定向天線(xiàn)研制、衛星熱設計、制導/導航與控制分系統設計、測控數傳分系統設計、紫外月球敏感器、數管分系統設計等一系列技術(shù)難題，拿下了一大批具有自主知識產(chǎn)權的核心技術(shù)。
按照中央“高標準、高質(zhì)量、高效率地完成繞月探測任務(wù)”的指示，“嫦娥一號”衛星研制團隊狠抓質(zhì)量管理。在衛星研制的過(guò)程中，他們周密計劃、大力協(xié)同，對所有單機、分系統和系統總體的設計都要進(jìn)行全面復查復審、反思、質(zhì)疑，每個(gè)環(huán)節都要進(jìn)行拉網(wǎng)式的、從最小單元開(kāi)始的復查復審，反思存在的差距和薄弱環(huán)節。整個(gè)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星不帶問(wèn)題出廠(chǎng)、不帶問(wèn)題轉場(chǎng)、不帶隱患上天和在軌穩定運行。
除了繼承已有的經(jīng)驗，完成型號質(zhì)量工作中的一系列“規定動(dòng)作”，如復核復算與復查、嚴格質(zhì)量歸零、認真評審、關(guān)鍵件及關(guān)鍵項目控制等，他們還針對衛星可能發(fā)生的意外情況，提前做好了84項故障預案與對策，對每個(gè)可能出現的故障都進(jìn)行了預先的模擬，做足了解決方案。根據“嫦娥”的飛行特點(diǎn)，飛控分系統在發(fā)射前進(jìn)行了大量飛控準備，在地面建立了一整套地面支持系統。這一套1:1的地面系統從衛星發(fā)射的第一秒起就能夠實(shí)時(shí)模擬衛星運行情況，一旦衛星在天上發(fā)生意外，在地面就能夠一目了然運籌帷幄，在第一時(shí)間同步發(fā)現故障。
測控也是“嫦娥一號”衛星質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(jìn)行了對接。這個(gè)由二三十歲年輕人組成的對接試驗隊在葉培建院士帶領(lǐng)下跋山涉水，奔赴全國各地的站點(diǎn)以及德國等地進(jìn)行測控工作。他們帶著(zhù)二十多個(gè)沉重的設備箱，沿途搬運裝卸，在一天之內從祖國最西邊的新疆輾轉趕到魚(yú)米之鄉的蘇滬，無(wú)論是苦戰在烏市早晚二三十度溫差的南山牧場(chǎng)上，還是耐受著(zhù)華東三十多攝氏度的桑拿天；無(wú)論是工作在條件較好的屏蔽間內，還是奮戰在正在檢修、條件艱苦的測控船上，每當到達一個(gè)新的目的地時(shí)，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(kāi)進(jìn)行檢查。
三年磨一劍，中國空間技術(shù)研究院“嫦娥”研制隊伍為衛星健康奔向月宮打下了堅實(shí)的基礎，也向世人展示了深空探測人才的智慧與品格。
與實(shí)施載人航天工程一樣，月球探測是一個(gè)國家綜合國力的體現，是航天技術(shù)發(fā)展水平的象征，是提升國家地位的載體，更是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)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(lǐng)導小組副組長(cháng)馬興瑞說(shuō)，利用“嫦娥一號”衛星，我國將成為世界上第一個(gè)繪制立體月球地圖的國家。國際上已有多個(gè)版本的平面月球地圖，但立體的只有兩幅，且做得不完整�！版隙鹨惶枴毙l星將通過(guò)對月球表面進(jìn)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(méi)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(zhì)構造、演化歷史。我國要爭取比國外已有的此類(lèi)圖像做得更完整、更精細，從而獲知為未來(lái)登陸月球提供參考數據。
據介紹，中國還將首次利用微波輻射來(lái)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(jìn)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”衛星將首次探測遠至4萬(wàn)至40萬(wàn)公里間的空間環(huán)境。更難能可貴的是，在這宏大的系統工程中，所有的一切都是利用中國自己的技術(shù)、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)
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