章軻

　　12月12日，國家主席胡錦濤向世界宣布：中國已經(jīng)進入世界具有深空探測能力的國家行列。

　　“深空探測能力”包括五個方面：進入空間能力、衛(wèi)星研制能力與應用能力、航天基礎與保障能力、載人航天能力和空間探索能力。這些能力的形成，緣于我國在短短三年的時間里，實現(xiàn)了多項重大技術(shù)突破。

　　隨著我國首次月球探測工程圓滿成功，一個個技術(shù)突破背后的故事也浮出水面。

　　數(shù)學奇才擔綱軌道設計

　　地球距月球有38萬公里，“嫦娥一號”衛(wèi)星并非人們所想象的——從地球徑直而去，也不像美國阿波羅載人登月飛行那樣，只用了3天時間，而是14天。

　　在國防科工委月球探測工程中心有一張地圖：藍色的背景下，左邊是地球，右邊是月球，各自周圍都有三個橢圓形的大環(huán)線。連接這兩個星球的，是一條看起來距離似乎并不長的“地月轉(zhuǎn)移軌道”。這些線條就是“嫦娥”的奔月之路。

　　設計這條路線的，是一位出生在浙江建德的66歲軌道設計師楊維廉。

　　1958年，楊維廉以數(shù)學滿分的成績考入

北京大學數(shù)學力學系數(shù)學專業(yè)。1981年，已經(jīng)在中國空間技術(shù)研究院工作的他得到了公派

留學的機會。在留學期間，楊維廉因多次巧妙地解決數(shù)學難題而被同行所稱道。學成歸國前，他的導師寫下了這樣的評語：“他是一個比我還聰明的人�！�

　　2001年，楊維廉受命負責“嫦娥一號”衛(wèi)星的飛行軌道設計。由于受運載火箭發(fā)射能力的局限，衛(wèi)星不能直接由火箭送入最終運行的空間軌道，而是要在一個橢圓軌道上先行過渡。在地面跟蹤測控網(wǎng)的跟蹤測控下，要選擇合適時機向衛(wèi)星上的發(fā)動機發(fā)出點火指令，通過一定的推力改變衛(wèi)星的運行速度，達到改變衛(wèi)星運行軌道的目的。變軌是一項非常尖端的測控技術(shù)，對衛(wèi)星軌道的測量、發(fā)動機點火時間的計算以及遙控技術(shù)都有很高的要求。

　　“嫦娥”奔月的軌道設計是一個嶄新的課題——探測器在地月之間的飛行涉及“三體”問題，除衛(wèi)星之外，必須同時考慮地球和月球的引力作用影響，而要解決此問題，只能用不斷的計算去嘗試和預測�！暗卦罗D(zhuǎn)移軌道至少有幾百種飛法，不同的飛法決定窗口出現(xiàn)的次數(shù)和天數(shù)，決定工程的成敗�！眹�防科工委月球探測工程中心副主任郝希凡說。    

　　為了解決這一難題，楊維廉帶領(lǐng)科技人員們采用了圓錐拼接法，先假定將軌道分為地球運行段和月球運行段，然后分段逐次逼近，再經(jīng)過不斷修正，最終找到一條適合“嫦娥一號”衛(wèi)星的唯一的地月轉(zhuǎn)移軌道。    

　　由于軌道設計合理、控制精準，“嫦娥一號”衛(wèi)星在奔月途中應有的三次中途修正被取消了兩次，節(jié)省了大量燃料。據(jù)國防科工委月球探測工程中心透露，“嫦娥一號”衛(wèi)星的使用壽命將為此延長一年。

　　“女帥”巧解火箭難題

　　10月24日18時5分，“嫦娥一號”衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空，實際誤差只有0.4秒。據(jù)郝希凡稱，發(fā)射前曾約定，如果誤差在3分鐘之內(nèi)，發(fā)射者可得100分，誤差在1分鐘之內(nèi)，可得120分。

　　這是長征系列火箭第103次發(fā)射，也是“長三甲”系列火箭第15次發(fā)射。“長三甲”火箭最初是上世紀80年代為發(fā)射我國“東方紅3號”通訊衛(wèi)星研制的，由于從無失敗記錄，因此被譽為“金牌火箭”。

　　羅巧軍擔任了這次用“長三甲”送“嫦娥”奔月的任務。

　　這是一位看上去十分清秀的“女帥”——繞月探測工程“長三甲”系列火箭副總設計師。她1989年進入北京航天動力研究所，一直從事“長三甲”火箭三級氫氧發(fā)動機的研制工作。

　　早在十年前，航天科技人員就提出了發(fā)動機校準試車不分解的設想，以提高發(fā)動機的可靠性，縮短生產(chǎn)周期，降低研制成本。

　　就在這項技術(shù)攻關(guān)中，如何實現(xiàn)整機氦檢漏成為第一道難關(guān)。有人提出通過出口堵氣或者進口引氣實現(xiàn)密封，但是很快就被否決了。

　　這時，羅巧軍的腦海里突然閃出一個火花：利用氦氣和空氣搭配吹除的方法是否可行呢？經(jīng)過大家縝密的理論論證和一系列試驗驗證，終于攻克了發(fā)動機整機氦檢漏難關(guān)，該項技術(shù)還申請了國家專利。

　　這也是“長三甲”送“嫦娥”奔月所做的五大適應性關(guān)鍵技術(shù)改進之一。

　　老牌專家研制“一臺頂三臺”相機

　　11月26日，國家航天局公布“嫦娥一號”衛(wèi)星傳回的第一幅月面圖像。拍攝這張照片的是安裝在“嫦娥一號”上的我國自行研制的CCD立體相機。記者在采訪中了解到，這一相機由中科院西安光機所研制。年過六旬的著名光學專家趙葆常擔任了該項目的主任設計師。

　　趙葆常從事光電測試技術(shù)、空間光學觀測技術(shù)和干涉

光譜成像技術(shù)的研究已有45年之久。他在國內(nèi)最早從事高速攝影技術(shù)研究，是我國首臺間歇式、棱鏡補償式、轉(zhuǎn)鏡式高速攝像機及變像管高溫測量儀的研發(fā)者。

　　據(jù)“嫦娥一號”衛(wèi)星系統(tǒng)副總工程師孫輝先介紹，要繪制月球立體圖像，一般要用三臺相機。由于我國的運載火箭能力有限，研制人員立足自主創(chuàng)新，采用廣角鏡頭和巧妙的光機系統(tǒng)設計，實現(xiàn)了一臺相機頂三臺用。這不僅簡化了結(jié)構(gòu)，減輕了重量，還大大降低了成本。

　　CCD立體相機從月球上空200公里的高空對月球表面拍照，得到的立體圖像在高度上可能會存在一定誤差。為了校準誤差，提高高程測量精度，我國在“嫦娥一號”衛(wèi)星上安裝了激光高度計。這臺由中科院上海技術(shù)物理研究所和中科院上海光學精密機械研究所共同研制的設備，是我國第一臺星載激光遙感設備，對其使用也是國際上首次開展的繞月激光測距。

　　“在圖像前期處理過程中，很多科學家看到中國用自己生產(chǎn)的相機拍到如此高清晰的圖片，甚至激動得流淚�！眹�防科工委副主任、國家航天局局長孫來燕說，“嫦娥一號”衛(wèi)星拍攝的圖像比預想更好。

　　“借”錢建天線背后的科研智慧

　　在我國探月工程的論證中，測控系統(tǒng)成了制約整個工程的瓶頸。

　　據(jù)了解，地面接收到的月球探測器信號強度，只有同等發(fā)射功率的地球同步軌道衛(wèi)星信號的約1/127。為了增強接收信號的能力，美國、俄羅斯等國建設了由一系列大直徑天線組成的航天測控網(wǎng)，例如美國和俄羅斯主力天線口徑為35米，最大天線的口徑達到70米，僅一臺天線的面積就接近4000平方米。而我國此前航天測控系統(tǒng)最大天線的口徑是12米，不能滿足探月測控的需要。

　　從2002年10月開始，“嫦娥”工程地面應用系統(tǒng)就策劃推動50米口徑天線的建設，但月球探測項目中事先沒有設計建設天線的巨額費用。就在科研人員困惑之際，有人提醒：國家天文臺曾有一個在北京密云建50米口徑天線的設想，但工作進展遲緩。于是，“嫦娥”工程地面應用系統(tǒng)借了國家天文臺5000萬元，將天線建立起來。該天線于2006年10月通過驗收評審后正式進入試運行。

　　在此之后，科研人員們又創(chuàng)造性地提出，利用上海天文臺佘山站、國家天文臺密云站和云南天文臺射電望遠鏡的觀測能力，組成一個幾乎與我國國土面積大小相當?shù)臏y量網(wǎng)，相當于一個巨大的天文望遠鏡，以提高測量精度。

　　“大量的數(shù)據(jù)收集到以后，我國科學家將進行數(shù)據(jù)提煉�！崩@月探測工程總設計師孫家棟透露，經(jīng)初步批準，探月數(shù)據(jù)將在國內(nèi)科學界全部公開。在此基礎上，我國可能會根據(jù)國際慣例，將一部分數(shù)據(jù)用于國際交流，一部分用于交換等。

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