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走向深空

2022-03-15杨冰

神剑 2022年1期
关键词:飞控测控嫦娥

杨冰

望月,追月,探月。

古老的东方故国对月球乃至宇宙的探索从未停止过。

嫦娥,是踏着早春的脚步伸展出美丽翅膀的。

2004年1月23日,是一个注定要被历史记住的日子。

这一天,中国月球探测工程一期——绕月探测工程正式启动,命名“嫦娥工程”,分为绕、落、回三期。

这是中国自人造地球卫星、载人航天工程之后,又一个里程碑式的重大工程。

世界上最远的距离,是梦想与现实的距离。对于许多普通中国人而言,月球的确很遥远。“嫦娥奔月”的神话,流传数千年,但是,直到2007年,中国才把第一颗“嫦娥”探测器送上太空。

世界上最近的距离,也是梦想与现实的距离。从嫦娥一号绕月飞行,到嫦娥二号发回世界首幅全月图,再到嫦娥三号携带“玉兔”实现中国航天器首次在地外天体软着陆探测,在这条风雨兼程的漫漫奔月之路上,中国飞控人每一次都展示出拼搏奋斗的时代风采。

从“巡天遥看月球”到“凝视月亮的脸”,再到“亲密接触月宫”,对中国探月工程来讲,是质的飞跃;对中国航天飞控技术来说,是中国航天新的高度。

奔月之路

“第一个飞向月球的,是中国传说中的美女嫦娥。第一个踏上月球的,却是一个美国男人,那就是我。”

1988年,美国宇航员阿姆斯特朗应邀访问中国。在欢迎仪式上,“登月第一人”用美式幽默谈笑风生。

阿姆斯特朗的自信,来自他身后强大的航天科技力量,而航天技术则是衡量一个国家综合实力的标志。发生在20世纪现实版的“奔月”故事,甚至和中国没有丝毫关系。

阿姆斯特朗对“嫦娥”的发音有些搞不准,但他知道,在古老的东方国度里,嫦娥的地位如同西方人尊崇的月神阿尔忒弥斯,她是世界上最早住进月宫里的仙女,并从远古一直“活”到了今天。

早在1962年,我国学者特别是中国科学院相关单位的研究人员就开始了对“月球号”“徘徊者”“勘测者”“月球轨道”和“阿波罗”等月球系列探测器进行跟踪性与综合性研究。在跟踪研究中,科学家们与美国、英国、德国、俄罗斯、日本进行了不同程度的合作性研究,由此形成了一批年龄和知识结构合理的基础研究队伍,为探月研究打下了基础。

从神话到现实,中国老百姓的感情世界受到了两次触动。

一次是1969年7月,圣洁的广寒宫里进去了两位捷足先登的洋人男士,不仅在广寒宫的宫门上插上了美国国旗,还挖回了一包又一包的月宫之土。另一次是1978年5月,美国总统安全事务顾问布热津斯基,代表卡特总统向中国赠送了一块月岩样品。

月球上这块一克重的小石头,在中国探月人的心头,荡起一圈又一圈越来越激烈的涟漪。

我国虽然是世界上最早对月球的运行进行科学观测和记录的国家之一,但现在已经远远落后于发达国家。

根据从河南安阳出土的文物记载,早在公元前14世纪,中国商朝甲骨文中已有日食和月食的常规记录。明代以前,中国对日月运行的观测、研究和认识达到了很高的水平,发明了一系列精巧的天文观测仪器,以日月运行规律为基础编制出来的历法,曾经一直领先于世界水平。明代中叶以后,欧洲科技的发展突飞猛进,对月球学认知水平很快就有了超越,从对月的远距离观测逐步走向全面的科学探索。

曾几何时,国际天文学联合会先后以1333个科学家的名字命名月球上那些环形山。其中,只有7位中国人的名字,古代5位,现代只有2位……

人类对月球的探测始于20世纪50年代末。当时美苏两个航天大国出于争夺空间霸权的目的,展开了以月球探测为核心的空间竞赛。

1961年5月,美国宣布“在20世纪60年代结束之前人类将登上月球,而且要让上月球的人平安返回地面”,为了完成“阿波罗”登月计划,在18年时间里,美国耗用资金高达250亿美元,先后参加登月计划的人员多达400余万人,其中仅工程技术专家就有1200余名,参加研制的有2万多家工厂、100多所大學。

在其后的10余年里,美苏两国共成功发射了45个月球探测器,美国曾经先后6次将人类送上月球。

1969年7月,“阿波罗11号”实现了人类登月之梦,月球上留下了12名美国宇航员的足迹。当然,“阿波罗11号”登月道路也并非平坦,可以说是险象环生。从发射到返回竟有6次惊心动魄的险情。这些活动显示了科学的力量,推动了航天技术的发展,促进了人类对月球的认识。

美国1969年7月,“阿波罗11号”飞船实现了人类登月之梦,这是迄今为止人类在月球探测中取得的最辉煌的成就。

1976年以后,苏联停止了月球探测计划。接着,美国也停止了探月计划。至此,两个超级大国历时十多年的探月竞赛而告结束。

然而,随着航天科技的飞速发展和人类对月球认识的逐渐深入,人们意识到月球上蕴涵的丰富资源将会对人类的未来发展起到重要作用。于是,月球探测经过一段平静之后又一次升温,进入新一轮的热潮。

1986年,美国提出要重返月球、建立月球基地的设想,并在1994年和1998年分别发射了两个探测器。当年,欧洲空间局也提出了重返月球、建立月球基地的详细计划。随后,俄罗斯、日本、印度等国的科学家们也开始了行动,从而在世界范围内掀起了新一轮的探月高潮。

全世界现在对于月球探测的竞争已经到了白热化的程度,中国如果无动于衷的话,就会在竞争中落后、丧失发言权。

在世界探月整体升温的局面下,中国的科学家们只要逮住机会,就向决策者、科技界和公众阐述月球探测的重要性,灌输中国开展探月的必要性。谁都知道,10多亿元的科研投资不是个小数目,大家都很谨慎。不过,如果没有热心科学家的这些外围努力和攻关,中国启动探月计划可能还会推迟。科学家们的游说,让中国探月计划终于得到了政府高层的重视。紧接着,政府方面开始进入实质性的程序。

1992年,为了迎接1997年香港回归,有人提出利用运载火箭往月球上发射一个象征中国的铁质标志,永远地将其“烙”在月球上,以此扬国威、鼓志气。这个设想当时在科学界引起了很大的争议,不过还是得到了一批学者的支持,很快便形成文字向中央打了申请报告,并计划在香港回归前完成发射任务。这个设想,后来被否决了。

当时,发展我国载人航天工程已经提上重要日程,因而,探月计划只好暂时搁浅。

伴随着改革开放铿锵脚步和航天事业的迅猛发展,中国科学家们再次把目光投向更加遥远的月球。

1997年4月7日至10日,杨嘉墀、王大珩、陈芳允三位院士以“863”计划的名义发表了《我国月球探测技术发展的建议》。1998年,863航天领域办公室组织了杨嘉墀等航天专家对清华大学、中国航天科技集团五院502所、国防科大、中国科技大学的“月球车”项目申请报告进行评审,通过了由清华大学牵头的“月球探测机器人总体方案设计及关键技术分解”的立项研究,揭开了我国月球车研究的序幕。

2000年10月5日,在北京召开的首届“世界空间周”庆祝大会上,时任国家航天局局长栾恩杰作了题为《面向21世纪的中国航天》专题发言,指出“我国将在无人实验飞船成功飞行的基础上,实现载人航天飞行。在空间探测方面,将实现月球探测,并积极参与国际火星探测活动,使我国的空间探测技术上升到一个更高的水平。”这是中国高层首次公开表明探月决心。

2000年11月22日,我国政府首次公布航天白皮书——《中国的航天》,明确了近期发展目标中包括“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。

七年的游说和呼吁终于有了结果。

2001年,由欧阳自远院士牵头制定的“发射绕月卫星”第一期科学目标和有效载荷配置终于通过了国家评审。2001~2002年间,孙家栋院士组织全国各方面力量,对首期目标又进行了为期一年的综合论证,最后得出结论:科学目标明确、先进,技术能够实现,没有颠覆性的技术问题。

中国探月计划受到了两任政府总理的高度重视。2002年10月,时任国务院总理朱镕基指示要抓紧探月工程的论证。2003年2月,国防科工委召开月球探测工程筹备动员会,确定了3人筹备领导小组,正式启动工程前期工作。2003年9月,中央最终同意并批准了这个计划。

嫦娥,是踏着早春的脚步伸展出美丽的翅膀的。

2004年1月23日,国务院批准绕月探测一期工程立项。

这天是农历的大年初二,也是一个值得在中国历史上留下印记的日子,探月的轮廓在一次次缜密的描绘中,一节节浮出水面,就像十月怀胎终于分娩一样,新一届国务院总理温家宝亲自批准了中国绕月探测工程项目的立项。而且,对后续工程,总理也做了批示:“建议纳入国家科技长远规划编制工作中充分论证”。

随后,国防科工委对外宣布正式启动绕月探测工程——3年內,一颗属于中国自己的卫星将开始绕月飞行;6年内,中国的月球车将在月球上实施软着陆;2020年之前,中国研制的机器人将把月壤样品采回地球。

2004年2月,国防科工委召开绕月探测工程第一次领导小组会,建立组织指挥体系,确定研制总要求,并将一期工程命名为“嫦娥工程”,第一颗绕月卫星命名为嫦娥一号。

如今,人类知道,在月球这个距离地球最近的星球上,蕴藏着人类解决日益严峻能源危机的希望。更何况,飞向月球只是人类进军太空的第一步,月球也只是太空中的一粒尘埃。越过这粒尘埃,人类面对的是浩瀚的宇宙——那里,一颗我们现在看来毫不起眼的星星,也许就是人类未来的家园!

2004年2月14日,中国几乎所有的报纸,都在醒目位置刊登了一条新华社发布的《中国启动探月一期工程总投资约14亿元》的消息。

当中国启动首次月球探测工程的时候,距美国“阿波罗11”号飞船实现人类首次登月已经过去了近40年!也就是说,“中国的目光”比起“美国的目光”晚了整整近40年。

“美国都已经登上月球了,我们去绕月球有啥意思?”一时间,互联网上人声鼎沸。

对此,中国探月工程总指挥栾恩杰说:“步人后尘,不等于吃别人嚼过的馍。既然是中国的探月,就要有中国特色。别人有的,我们要有。别人没有的,我们也要有!”

高起点,有特色,求创新。这就是中国科学家描画的“嫦娥”探月蓝图。

——世界上无人月球探测,基本经历了掠月、撞月、绕月、落月和挖取月岩样品送回地球等5种方式。苏联发射的月球探测器5种方式都用过,美国用过前4种。中国探月,第一步就要跨越国外的初始阶段,从第三种方式做起。而且,把中国探月分“绕”“落”“回”三步走的计划,一起公布出来。

——嫦娥一号,探测目标基本是填补人类探月成果空白的。制作月球的三维景象图,国外没有做过。美国对月球上5种资源进行过探测,嫦娥一号要探测14种,还要首次探测月壤的厚度。

——美国和苏联早期探月,一般都有五六个备份的星和箭,首次探月均以失败告终。中国探月,最初计划只有一星一箭,工程可靠性要求非常高。

——中国首次探月工程,五大系统使用的都是国内成熟技术,一期工程完全是国产货,全部是“中国制造”。

从流传千载的神话“嫦娥奔月”故事,到敦煌莫高窟美丽的飞天壁画;从500年前的万户飞天,到近代探索遨游太空的航天专家们,华夏子孙从来没有停止过挺进太空的脚步。

20世纪70年代,月球上的一座环形山体被国际天文联合会命名为“万户”。

如今,他的后人不仅实现了他的梦想,还要将梦想延伸得更远、更远。

当时,确定我国的月球探测工程规划分三步走,即分为“绕”“落”“回”三期,并提出了每一期工程的科学目标和工程目标。

一期工程为“绕”。即发射月球探测卫星,卫星绕月飞行,并进行遥测,2007年10月发射。主要工程目标为:研制和发射我国第一颗月球探测卫星;初步掌握绕月探测基本技术;首次开展月球科学探测;初步构建月球探测航天工程系统;为月球探测后续工程积累经验。

二期工程为“落”。即发射一颗月球软着陆器,并携带一个“月球车”,进行首次月球软着陆和自动巡视勘测,计划在2012年前后发射。主要工程目标为:发射月球软着陆器,试验月球软着陆技术;研制和发射月面巡视车、自动机器人;进行高分辨率摄影;为月球基地的选址提供月面环境、月形、月岩的化学与物理性质等数据。

三期工程为“回”。即发射一颗月球软着陆器,进行首次月球样品自动取样并安全返回地球,在地球上对取样进行分析研究,计划在2017年前后发射。主要工程目标为:发展新型月球巡视车;发展小型采样返回舱、月表钻岩机、月表采样器、机器人操作臂等;在现场分析取样的基础上,采集样品返回地球;对着陆区进行考察,为载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据。

纵观人类探月活动的发展,各国都离不开“探”“登”“驻(住)”这三个阶段。其中“探”风险比较小,也最容易实现,美国、俄罗斯和欧洲都实现了“探”,而美国和俄罗斯对“探”的这一步做得非常充分。

“嫦娥工程”第一期是研制嫦娥一号月球探测卫星,它将创造中国航天器史上多个第一的纪录:第一个进入月球轨道的航天器;第一次在飞行中实现9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和第一次实现远程测控通信的航天器。

从发射到进入环月工作轨道,嫦娥一号奔月要转几次路线,飞行时间大约需要10天就能到达月球附近的轨道。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。

中国探月工程的领导机构由总指挥栾恩杰、总设计师孙家栋和首席科学家欧阳自远组成。栾恩杰是国家航天局局长,担任过中国载人航天的副总指挥、航空航天工业部总工程师;孙家栋是中科院院士、“两弹一星”元勋;欧阳自远是中国科学院院士、第三世界科学院院士,国际宇航科学院院士、中国科学家协会荣誉会长。三人强强合作,组成了嫦娥工程坚不可摧的“铁三角”。

栾恩杰、孙家栋、欧阳自远三人分工很清晰:总指挥是行政首长,发号施令,调动队伍,执行计划;总设计师是构筑所有的工程资源和技术能力;首席科学家具体指挥相关仪器设备的研制。

从叹月到咏月,从咏月到探月,中国人已把用人文情思和科技践行交织而成的开山天路铺向38万公里之遥的那轮明月。

同载人航天工程一样,嫦娥工程测控通信的重任,再一次落在北京飞控中心的肩上。

绕月之旅

2007年2月19日,中国农历的大年初二。

京城处处弥漫着过节的气氛,时断时续的鞭炮、烟花的尖啸不时从天空划过。节日的祥和与欢乐,还在人们心头回荡着。

春雪初晴,咆哮的寒风已渐渐平静下来,太阳从灰蒙蒙的云层里钻出来,北方的天空开始涌动着一股暖流。

这天一大早,长相儒雅的北京飞控中心主任朱民才就赶往北京航天城。

7时59分,朱民才从容地走进飞控大厅,向已坐在工作台前的技术人员说着“过年好啊”之类的寒暄。

8时整,各系统联调人员陆续到位。今天是对我国首次月球探测工程嫦娥一号卫星正样星进行联调。按照计划,还有不到8个月的时间,就将执行任务了。时间紧张啊!科技人员不能过一个完整的春节,就赶来这里开始联调了。

飞控大厅大屏幕上方,显示的时间和着他的脚步。走了一会儿,他忽然停住脚步,回到自己的指挥台前,向总调度下达指令……

从2004年3月,北京飞控中心领受“嫦娥”任务以来,朱民才没有睡过一个安稳觉。那时,一边要进行神舟六号的任务联调,一边开始进行嫦娥一号任务的准备。

记得领受嫦娥任务的那天,身经百战的朱民才,抬头仰望天上的明月,任思绪飞扬,心中久久不能平静——

茫茫太空,浩瀚宇宙,凝结着人类多少向往;嫦娥奔月,万户升空,寄托着民族无尽的希望。

发射中国人自己的月球探测器,是几代中国航天人的追求。

从美国的“阿波罗”到苏联的“月球号”,从欧空局的“智慧一号”到日本的“月亮女神”,人类奔月的一次次步伐,在他脑海里一幕幕闪过。他感到一种从来没有过的压力,而更多的是紧迫感和使命感:我们已经起步晚了。我们必须赶上,跨越地赶上!

“赶上!”虽然只有简单的两个字,却就像千斤的大石头压在他的心头。

新中国的成立,才使得中国人民在党和政府的坚强领导下,有条件、有能力对太空进行前所未有的探索。

1970年那个早春,中国成功将自己的第一颗人造地球卫星送上了太空,宣告中国进入航天时代。

2003年秋天,神舟五号首次载人航天飞行成功,中国成为世界上第三个将航天员送入太空并成功返回的国家。

2005年,还是一个秋天,随着航天员费俊龙、聂海胜搭乘神舟六号飞船回到大地,中国成为世界上第三个能够独立开展空间科学试验的国度。

当曾经的光荣成为定格的历史,中国人又开始把新的辉煌镌刻进深邃的太空。而这次镌刻,将托举出中国航天事业的第三个里程碑。

深空探測对人类了解太阳系的起源、演变和现状,进一步认识地球环境的形成与演变、探索生命的起源和演变以及积极开发和利用空间资源具有重要意义。而距离地球38万公里的月球是走向深空的门户,有着深远的战略意义……

在跨过了人造卫星、载人航天之后,中华民族将脚步迈向了月球。

而这一历史重任,历史性地落在飞控中心。这,既是光荣,更是责任啊!

北京飞控中心既是我国载人航天工程的飞行控制中心,同时也是我国绕月探测工程的飞行控制中心,承担着飞控决策、轨道控制、数据分析处理、应急控制以及卫星环月飞行后长期管理等任务,是嫦娥一号卫星的“领航人”。卫星升空400秒后,北京飞控中心对嫦娥卫星实施全程指挥控制。

绕月探测工程是我国首次开展对地球以外天体的直接探测,是世界科技领域的前沿项目。这是一项复杂的多学科高技术集中的系统工程。而首次月球探测是突破和掌握深空探测技术、决定后续发展的关键之战,对我国航天测控技术提出了新的挑战和更高的要求。

绕月探测工程是一个有着河川蜘蛛网般密集的分系统、子系统的国家工程,整个工程由卫星、火箭、发射场、测控、地面应用五大系统组成。

这五大系统下,又有数十个分系统及成千上万个设备和零部件,涉及航空、航天、电子、机械、冶金、化工等领域中最尖端的部分,以及天体物理、化学、天文等基础学科。仅就测控系统而言,就包括了北京飞控中心、西安卫星测控中心所属测控站、国家天文台、上海天文台等十余家单位十几个站点。

这是一台看似无形运转,却又必须精准完美的机器。

嫦娥一号卫星是我国航天史上第一个绕月飞行器,重点在测量控制,难点也在测量控制。在嫦娥一号整个奔月过程中,要经过调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道三个阶段,设置十余种工作模式,测控复杂程度创下中国航天之最。

航天器发射后,测控系统便成了地面与航天器联络的唯一手段。测控系统是对航天器飞行轨道、姿态及其各分系统工作状态进行跟踪测量、监视与控制的技术系统,包括三大功能:跟踪、遥测、遥控。

跟踪指的是用地面天線,瞄准航天器的轨道,实时测量出航天器轨道的位置、速度和方位角等参数;遥测是将航天器上各分系统的工作状况报告给地面;遥控是指地面根据遥测发回地面的数据,经分析、判断后,发送相应的命令,指挥航天器的行动。

在绕月探测工程中,测控系统的主要任务是负责运载火箭发射和卫星飞行任务期间的轨道测量、遥测监视、遥控操作、飞行控制以及卫星探测计划的实施与操作管理等任务,并通过声高精度的测定轨道,为地面应用系统处理科学数据提供轨道数据保障。测控系统实际上是一套航天测控网。

迄今,我国已发射了近百颗人造地球卫星,绝大部分卫星距离地面在4.2万千米以内,极少数卫星离地面最远距离也不过8.5万千米,也就是说我们的天缰最长只有8.5万千米,属于“短缰”的范围。

而在绕月探测工程中,嫦娥一号卫星最远要飞到距地球44万千米处,是地球同步轨道卫星距地面距离3.6万千米的十几倍,这样长程的“远缰”我国从未尝试过。如何追踪、呵护、控制好嫦娥,是整个绕月探测工程中的难点和关键。

如此遥远的距离,给嫦娥一号的测控带来了极大的困难与挑战。

一是飞行距离远,二是控制要求高,三是控制风险大。尤其是远距离测控与通信问题,是以往我国航天活动所没有经过的。月球探测一期工程的最大考验是对卫星进行跟踪的测量控制系统。中国航天50年来,我国卫星到达的最远距离是地球同步轨道,约7万公里,而月球距地球大约38万公里,这将给测控系统的传输能力带来新的挑战。

此外,卫星在飞往月球的漫漫长路中,必须要对卫星实施多次姿态调整。对卫星进行姿态调整,就必须要对卫星准确测量、准确定位,为地面提供精确的数据。由于我国本土从东到西只有5000公里,空中遥远的卫星如果飞出中国国土的观测区便会丢失,我国目前尚未建成深空测控网,仍在采用航天测控网和天文观测网相结合的办法,虽可基本满足要求,但余量太小,将给测控的连续性提出更高的要求,解决这些难题,会使我国继实现应用卫星、载人航天飞行之后,填补我在深空探测方面的测控空白。

面对前所未有的困难和挑战,北京飞控中心广大科技人员没有退却,而是知难而上。面对着一张张白纸、一个个难题、一重重疑问,中国飞控人一步步努力着,他们把激情和智慧化作汗水,浇灌在漫漫奔月路上,让它一点点生根发芽。

从20世纪五六十年代开始,中国的测控科学家们就有一句名言:“硬件不行,拼软件!”软件就是人,是他们自己,是他们的身体和智慧。他们用最好的数学模型、用自己独创的一个个公式弥补了设备上的不足。这就是中国人的优势。

没有现成的路可走,只有靠自己。2004年3月,绕月探测任务飞行控制组(简称飞控组)正式组建。飞控组由北京飞控中心牵头,包含了嫦娥任务各领域及系统的技术专家,通过组织方案讨论、专题分析、会议评审等形式,对上行控制实施、轨道确定与变轨控制策略、故障专题分析等10个方面进行了专题研究。

在嫦娥一号发射前,我国利用欧洲空间局的Small月球探测器进行了USB+VLBI综合测定轨试验,首次验证了测控系统对环月探测器的测定轨能力,取得了满意的结果。

万事开头难。当时的北京飞控中心每项工作,每个课题,直到每个人都有一份自己的倒计时时间表。一个又一个分系统建成了,一批又一批阶段性成果出来了——

针对嫦娥一号任务改造搭建了主任务系统平台,建成了服务子系统,升级了任务网。为给地面飞控实施提供有效的验证手段,与协作部门配合开发了一套以飞控模拟器为核心的星-地联合飞行控制仿真系统。他们建立了与国家天文台地面应用中心、上海天文台VLBI中心的数据传输和指挥调度链路;建立了与欧空局ESOC(欧洲空间操作中心)的国际联网DDN和ISDN专线,完成了国际联网IP数据、话音的传输测试;设计完成了一套全新的任务软件系统平台;编写飞控实施方案、技术要求、细则等各类文档120余份。

针对嫦娥一号任务各种技术难点,广大参试人员进行了大量技术攻关:完成了嫦娥一号卫星高精度定轨软件系统开发;组织了国内USB测控站、上海VLBI中心、国际联网测控站对SMART-1卫星联合测轨试验;组织进行了两次全测控系统参加的探测一号卫星联合测轨试验;攻克了多项飞行控制技术……

中国飞控人知道:每一个口令都连接着祖国的荣誉,每一项操作都维系着卫星的安全,必须稳妥可靠,万无一失。

中国航天发射的时针指向一个惊心动魄的瞬间:2007年10月24日17时35分,卫星发射进入30分钟准备。

北京飞控中心上百台计算机飞速运行。数以万计的数据,从西昌、西安、太平洋等方向汇集到这里,又从这里流向四面八方。绵延国内外的测控航线,随时做好了捕获卫星的准备。各系统技术人员按调度程序精心操作,专家们则在小声地交换着意见。

“各号注意,一分钟准备!”18时04分,卫星发射进入一分钟读秒。此时,参试人员都把目光聚焦在大屏幕上,只见大屏幕上,发射塔架与火箭相连的线缆瞬间脱落,搭架摆杆迅速移开。

“10、9、8……”扬声器里传来最后的读秒声,大厅里一片安静,所有的人都屏住了呼吸。

“点火!”“起飞!”

18时05分04秒。巨大的显示屏上,乳白色的火箭喷射出橘红色的熊熊火焰,托举着嫦娥一号卫星,腾空而起,飞向浩瀚太空。

遥远的太空飞行,每一条指令、每一组数据、每一项决策,都事关嫦娥一号卫星的每一根“神经”。

随着遥控发令员欧余军沉着果断地按下发令键,北京飞控中心向嫦娥一号发出第一条遥控入轨指令。3分钟后,轨道控制专家陈明就準确报出了精确的卫星入轨参数:近地点205公里,远地点50930公里。

18时45分,卫星已建立巡航姿态;

18时50分左右,卫星已经飞到南美洲上空,在智利CEE测控站的测控下,卫星太阳帆板成功展开。13分钟后,用于向地面传输科学数据的定向天线也开始展开。

卫星测控任务则由我国卫星测控网和甚长基线干涉仪天文测量系统(VLBI)联合承担,地面应用系统立足我国现有测控设施,充分利用现有的S频段航天测控网和甚长基线干涉仪天文测量系统,通过适应性改造,适应月球探测工程各个轨道段的遥测、遥控及测轨任务。

嫦娥一号卫星不仅需要对月球进行全天候的观测,还需要把太阳能电池板始终对准太阳,同时又要把传送天线对准地球。上海佘山、乌鲁木齐、北京和昆明各设有不同直径的天线。这样在我们的国土上,可用4个天线交叉干涉,对近40万公里远的嫦娥一号进行测控,并为应对外界干扰因素和意外因素留有应急的能量。

此外,欧洲空间局的3个测控站也将对嫦娥一号卫星提供测控支持。利用国际联网增加测控覆盖率,这在我国航天史上尚属首次。

19时09分,嫦娥一号卫星发射成功,嫦娥一号卫星开始了漫长的奔月之旅。

嫦娥一号卫星,太空飞行不再寂寞。就在嫦娥一号从大凉山峡谷腾空前19个小时,美国“发现”号航天飞机从肯尼迪航天中心升空;前推19天,日本“月亮女神”探月卫星进入距月球表面100公里的绕月轨道,开始进行对月科学观测。

从这一刻起,数万名科技工作者的双手与心血,数千年炎黄子孙的梦想和追求,托举着一个美丽的躯体,飞向浩瀚的银河深处——那是中国人智慧和灵魂的高度。

也就在这个时刻,在中国航天测控史上,将再一次镌刻中国飞控人到达的新高度——38万公里。

卫星发射成功,对测控通信系统来说,工作才刚刚开始。

嫦娥一号绕月探测卫星作为迈向深空探测的第一步。卫星在飞行的不同阶段设置了10余种工作模式,在整个奔月过程中,卫星从上升段至建立环月模式及进入长期管理阶段,要经历入轨段控制、4次调相轨道控制、计划2~3次中途修正、3次近月制动、环月轨道维持等12至13个重点测控弧段。

38万公里遥远的太空旅程中,每一条指令、每一组数据、每一项决策,都事关嫦娥一号卫星的每一根神经。

中国飞控人有两句话要记住:第一是一切尽在掌握,第二是天地之间有我在。

2007年10月25日17时55分,北京飞控中心向在太空飞行的嫦娥一号卫星发出变轨指令,成功对其实施了远地点变轨。10月26日17时33分,北京飞控中心向嫦娥一号卫星发出指令,开始实施第一次近地点变轨。11分钟后,卫星变轨成功。嫦娥一号卫星远地点高度由5万多公里提高到7万多公里,成功进入绕地飞行24小时周期轨道。

2007年10月27日凌晨4时30分,卫星上的V LBI信标机已经打开,我国天文观测系统的4个天文观测站开始全面投入应用。至此,国内的观测网已全面启动。

2007年10月29日17时49分,北京飞控中心向嫦娥一号卫星发出指令,开始实施第二次近地点变轨,卫星发动机点火12分钟后,飞控中心监视判断,卫星变轨成功。这也是卫星入轨后的第三次变轨。卫星进入这一轨道后,星上搭载的紫外敏感器将择机开始对地球和月球成像。

2007年10月30日17时40分,嫦娥一号卫星到达远地点,距地面高度达12万公里,从此改变了我国航天测控最远为8万公里的历史,创下我国航天器飞行测控新纪录。

当北京飞控中心对嫦娥一号卫星先后实施了1次远地点变轨、2次近地点变轨后,将迎来第3次近地点变轨。

这次变轨,决定着嫦娥一号卫星能否进入地月转移轨道,奔向月球。这是我国航天测控史上的第一次。这次变轨对“嫦娥”奔月的成败至关重要。

2007年10月31日17时10分,飞控大厅显示屏上,一条红色的弧线显示着嫦娥一号卫星的运行轨迹。

指挥控制台前,各路专家神情严肃,面色凝重。

遥控机房内,一串长长的数据指令注入计算机,年轻的软件专家欧余军,沉着果断地按下了发令键。

这是整个“嫦娥”奔月过程轨道控制中最为关键的控制指令之一。

大厅后侧的终端机房,轨道专家陈明很有把握地说:“我们现在已经把相关指令传给了嫦娥一号卫星,到时卫星会自动执行指令,准确找到奔月的‘高速路口’。”

时针指向17时15分29秒。“发动机点火”“轨控开始”,一声声洪亮的口令在飞控大厅响起。

大屏幕上,三维动画将卫星旋转姿态清晰呈现:金黄色的卫星星体上,一条浅蓝色轴线向卫星的理论运行红色轴线靠近,渐渐重合在一起。

这时,卫星像一个乖巧的孩子,在飞控中心技术人员的牵引下,在太空中划出一条长长的轨迹,朝着月球飞去。

大屏幕上,一條绿色曲线跃然进入人们的眼帘。这条曲线,就是卫星目前飞行的轨迹。

784秒后,报告声再次在飞控大厅响起:“发动机关机,轨控结束!”此时,卫星的速度已提高到10.58千米/秒以上,进入地月转移轨道,开始奔向月球。

顿时,大厅内响起了雷鸣般的掌声。

“月球,我来啦!”

在掌声和祝福中,嫦娥一号卫星成功进入地月转移轨道,开始向着月球飞翔……

2007年11月1日12时,北京飞控中心首次应用国际标准实现与欧空局所属空间操作中心联网,开始启用国际测控站测控嫦娥一号卫星。

11月2日10时25分,北京飞控中心对嫦娥一号卫星实施了轨道中途修正。500秒后,发动机关机,卫星轨道修正完成。各项数据表明,这次中途修正达到预期效果,卫星沿地月转移轨道预定方向继续飞行。11月4日,原定当天对嫦娥一号卫星实施的中途修正不再进行,卫星在目前轨道上直飞月球捕获点。这表明嫦娥一号奔月过程中仅用一次修正就达到了预期目标。

遥远的太空中,“嫦娥”能否牵住月亮的手?

2007年11月5日,嫦娥一号第一次近月制动,这是生死攸关之战。嫦娥一号卫星到达月球附近,如果不及时减速刹车,将会飞离月球,与月球失之交臂。但是,如果制动量太大,就会撞击月球。控制时机既不能早也不能晚,制动量既不能大也不能小。这对轨道控制提出了极为苛刻的要求。一旦失败,就只能宣布任务失败。

10时40分,中国第一颗绕月探测卫星嫦娥一号飞越187万公里的迢迢天路,来到了月球身边。

大屏幕上,一只金色的“鸿雁”张开蓝色的翅膀,向着明月飞翔、飞翔……

此时此刻,卫星运行速度为每秒2.4公里,相当于喷气式客机速度的10倍。如不及时制动减速,卫星将与月球擦肩而过。倘若制动过量,卫星将一头撞向月球。

成败攸关,千钧一发。迄今为止,人类开展的120多次探月活动,成功率不到50%。美国、苏联的第一颗探月卫星均在最后关头功亏一篑。

10时40分37秒,飞控大厅大屏幕上,出现了壮观的一幕:黝黑的天幕中,卫星一侧突然绽放出两朵橘红色的火花,卫星调姿发动机准时点火。

瞬间,“体重”2300多公斤的嫦娥一号犹如仙女起舞,撩动如蓝色裙裾的太阳能帆板,轻盈地扭转身躯,来了一个180度的旋转。

这是一次漂亮的“太空芭蕾”,“嫦娥”做好了“刹车”的准备。但是,它依然在执着地高速飞行。

11时15分,软件专家欧余军按下了制动发令键,一串指令如同无形的“缰绳”,从祖国的心脏飞向38万公里之外的“嫦娥”。

顿时,卫星主发动机向卫星的前进方向喷出熊熊烈焰。卫星速度逐渐减小,月球引力逐渐增大。亘古照耀华夏的月球,首次张开臂膀,向“嫦娥”发出了热情的邀请。

飞控大厅大屏幕上,“嫦娥”翩翩,牵引着一条绿色的轨迹,告别了从地球延伸了38万公里的大椭圆轨道,好像一条蜷曲的常春藤,向着银白色的月球靠拢、靠拢……

11时37分,调度员肖龙报告:“发动机关机!”与此同时,标志卫星实际轨道的红色椭圆,与预定轨道的绿色椭圆猛然重合,定格。

大屏幕上,只见嫦娥一号在月球身边潇洒地上扬,画出一段优美的弧线,将一轮明月揽入怀中。

“嫦娥一号成功入轨!”掌声响起,飞控人员纷纷拥抱庆贺,一双双熬红的眼睛里,闪烁着晶莹的泪光。

至此,嫦娥一号第一次近月制动圆满完成,“中国星”第一次开始环月飞行!

中国,拥有了第一颗真正的月球卫星。

这一刻,为了这个梦想奋斗了一辈子的总指挥栾恩杰、总设计师孙家栋、首席科学家欧阳自远,情不自禁地拥抱到了一起。

11月6日11时15分,北京飞控中心发出指令,22分钟后,制动成功。卫星速度进一步降低,进入3.5小时轨道。11月7日,第三次近月制动,嫦娥一号卫星将进入200公里高度、周期127分钟的极月圆轨道。

世界航天界惊呼:“中国探月卫星飞向月球,完美得毫无悬念!”

当得知嫦娥一号卫星顺利环月时,诺贝尔奖获得者杨振宁教授在香港对媒体表示,这是中国一项“不可思议”的成就。

在人类的奔月航程上,发达国家的航天器帆影点点。远有美国的“阿波罗”、苏联的“月球号”,近有欧空局的“智慧一号”、日本的“月亮女神”……杨振宁为何形容“嫦娥奔月”是“不可思议”的?

杨振宁给出这样的理由:中国在短短30年内就追上了欧洲400年积累下来的科学成就,成就骄人。中国科学家用了短短3年多,就走过了发达国家40年的探月路,进步惊人!

两组数据:一个是30∶400,一个是3∶40,恰如其分一般精确的巧合。中国航天走向宇宙深空的年轮,与中国特色的自主创新之路重合、叠印。

以往,我国的绝大多数卫星距离地面在4.2万公里以内,最远的也不过8万公里。嫦娥一号卫星,距离地面最远可达44万公里,是地球同步卫星的10倍以上。

轨道计算、控制参数体现着飞控精度。在嫦娥一号卫星入轨时,轨道室的年轻人仅用3分钟时间就确定了卫星入轨根数,比计划时间缩短了7分钟,且轨道精度优于千分之一,达到世界先进水平。他们在嫦娥一号卫星入轨到环月的飞行过程中,综合利用各类测量数据计算轨道120余次,轨道控制精度达到万分之三,大大优于设计要求。通过12天的飞行,到达月球时间与预期时间仅相差20秒,最终顺利实现成功绕月飞行。

嫦娥一号用自主创新的金钥匙,首飞就开启了中国探测宇宙深空之门。

对于五千年的华夏文明而言,14天仅仅是一瞬间;对于一个泱泱大国来说,38万公里又是一个开始。

2007年11月26日,嫦娥一号传回的第一幅月图公布。中共中央、国务院、中央军委专门发来贺电。贺电深情地说:“我国首次月球探测工程的圆满成功,是我国科技自主創新取得的标志性成果,是中华民族在攀登科技高峰征程上实现的又一重大跨越。你们作出的杰出贡献,将彪炳中华民族的光荣史册。

我国首次月球探测工程的成功,是继人造地球卫星、载人航天飞行取得成功之后我国航天事业发展的又一座里程碑,实现了中华民族的千年奔月梦想,开启了中国人走向深空探索宇宙奥秘的时代,标志着我国已经进入世界具有深空探测能力的国家行列。”……

——歌从远方来。“五星红旗迎风飘扬,胜利的歌声多么响亮……”11月26日9时36分,在北京飞控中心的精确控制下,从遥远的38万公里的太空中,传来嫦娥一号传回的歌声《歌唱祖国》。雄壮的歌声穿越茫茫太空,清晰传来,打破了飞控大厅里的宁静。经久不息的掌声,激动的欢呼声,伴随着泪水化成欣慰的笑容,绽放在每一位科研人员的脸上。

歌声穿越时空隧道从远方飘来,将人们的思绪带到了20世纪六七十年代。1970年4月24日,在西北大漠深处的酒泉卫星发射中心,中国成功地将自己的第一颗人造地球卫星“东方红一号”送上了太空。响彻全球的《东方红》乐曲,宣告中国进入了航天时代。时隔37年后的2007年11月26日,嫦娥一号卫星在距地球38万公里之遥的太空,再一次向地球传回动听的中国乐曲。

——图从月亮传。暗灰色的月球表面上,凹凸不平的撞击坑,高低错落的玄武岩……这是我在飞控大厅见到的第一幅月面图像所显示的景象。

第一张月面图像公布后,飞控大厅成为一片欢乐的海洋,科研人员沉浸其中,脸上洋溢着灿烂的笑容。“热烈庆祝中国首次月球探测工程圆满成功”的字样布满整个大屏幕。所有的这一切都定格为一幅中国航天的经典画面,镶嵌在璀璨的银河中……

“嫦娥”“月宫”的照片展现在世界人民面前时,中国人开心地奔走相告。

“仰望星空,它是那样寥廓而深邃;仰望星空,它是那样庄严而圣洁……”在飞控大厅,一位老专家谈起温家宝总理的诗句,说,“一个民族有一些关注天空的人,这个民族才有希望。作为航天人,必须心怀忧患,居安思危,经常关注‘头顶的星空’”!

这是中国航天的新高度。

从两弹一星、载人航天到嫦娥工程,中国的刻度从地球铭刻到了月球。

2009年3月1日16时13分10秒,在北京飞控中心科技人员的精确控制下,嫦娥一号准确落入东经52.36度、南纬1.50度的月表指定区域,成功完成硬着陆。撞月过程中,CCD相机实时传回了清晰的图像。

嫦娥一号撞月,意义非凡。它不仅让月球表面第一次留下了中国痕迹,也让中国成为少数几个利用探测器或者卫星撞击月球的国家,表明了中国的远程遥控登上了新的台阶。

探月之旅

三年后的2010年10月1日,是国庆节,也是嫦娥二号卫星发射的日子。

改造一新的飞控大厅,显得格外宽敞明亮。嫦娥二号发射前的最后一次演练正在紧张进行中。科研人员端坐在显示屏前,全神贯注地收集从各测控站(船)发来的数据。调度的口令声、捕获目标的报告声此起彼伏。

这一切都预示着,嫦娥二号任务即将拉开大幕。

探月是个高风险的事业,虽然嫦娥一号取得了成功,且创造了不少世界第一,但飞控人在短暂的高兴之后,便回归到了冷静与理性的常态中。因为嫦娥一号丰硕的收获,只不过是中国探月工程的一个逗点,随着这个逗点而来的,则是另一段探月旅程殚精竭虑的开启。

嫦娥二号卫星的飞行控制主要有3个特点:一是精度要求高,二是控制难度大,三是试验项目新。在38万公里之遥的浩渺太空,如何能够精准控制嫦娥二号卫星。这次嫦娥二号卫星,有3套测控系统提供测控支持,通过三网协同工作、数据综合利用,实现精确控制。

探月工程高级顾问欧阳自远说,在测控方面,嫦娥二号也要比嫦娥一号难多了,因为嫦娥二号飞得低,而且轨道要变化,这就需要很高的测控精度。

与嫦娥一号相比,嫦娥二号任务要在技术上实现多项新的突破,在许多关键技术方面都要进行原始创新,任务更加艰巨,风险性更大。

嫦娥二号将是我国实施的第二次月球探测,也是全世界第127次月球探测。

时间一点一点地逼近那个激动人心的时刻:国庆之夜。

2010年10月1日18时59分57秒,嫦娥二号从西昌卫星发射中心成功升空,飞向38万公里外的月球。

嫦娥二号卫星以近10.6公里/秒的速度开始了奔月长征。对于她来说,成功,还需要更艰苦的跋涉。按照工程要求,嫦娥二号经过第三次近月制动,进入工作轨道,方算“基本成功”;而成功传回虹湾地区高分辨率图像,才是“圆满成功”。这是她作为中国探月工程二期“开路先锋”所肩负的使命。

发射成功,这是国庆之夜中国航天人献给祖国母亲的最好礼物!

国际宇航联合会主席伯尔尼·费尔巴赫说,中国快速发展的太空计划,以及在探月方面所取得的巨大成果,让世界月球会议第一次选择了北京;世界月球工作组执行主任伯纳德·福音则笑言北京本周是月球“首都”;欧洲空间局局长让·雅克·多丹称,世界月球会议首次在北京举行,体现出中国的作用和能力,特别是在太空探索、月球探索方面……

这些国际航天界重量级人物的点评,无疑成为“中国月球探测计划正‘全速’前行”这一论点的最佳注脚。

10月2日12时25分,嫦娥二号卫星已经在太空中飞行了17个小时,地面高度约15万公里。

这一刻,在北京飞控中心科技人员的精心控制下,嫦娥二号卫星成功实施首次地月转移轨道中途修正。

通过认真计算、复核,北京飞控中心研究确定了嫦娥二号第一次中途修正控制策略,成功向卫星注入控制参数,启动星上490N发动机,顺利实施首次中途轨道修正。

2010年10月6日,刚刚经过国庆张灯结彩和“嫦娥”飞天的双重喜庆之后,又迎来了“嫦娥”奔月的看点。

嫦娥二号在经历了成功发射、星箭分离、卫星入轨、中途修正,约111小时近35万千米的漫漫旅程后,迎来了探月征程上的一次严峻考验——第一次近月制动。

近月制动是卫星飞行过程中最关键的一次轨道控制,决定着其能否顺利被月球引力捕获,能否成为一颗月球卫星。

2010年10月6日上午11时06分,第一次近月制动开始!

32分钟后,调度员下达指令:“发动机关机,轨控结束!”

时间紧张有序地进行到这里,似乎嫦娥二号的首次制动应该达到圆满的效果了。其实不然。发动机虽关机,但嫦娥二号是否进入月球轨道,还需进一步确认。

通过计算验证,一切准确无误,与预期的要求严丝合缝。

随后,北京飞控中心宣布:“嫦娥二号成功地脱离了地球重力场,顺利完成第一次近月制动,被月球捕获,进入周期为12小时的环月椭圆轨道!”

嫦娥二号成为一颗月球卫星,开启了环月圆舞曲的演奏!

如果说嫦娥二号是一只离地球数万公里之遥的风筝,那么在地面,就是由北京飞控中心的工作人员牢牢地拽着这根看不见的“风筝线”,指挥卫星在既定轨道上飞行,完成月面清晰成像等试验任务。

2010年10月8日上午10时45分,在北京飞控中心的精确控制下,嫦娥二号卫星开始实施第二次近月制动,约17分钟后,卫星顺利进入周期约3.5小时的椭圆环月轨道。

10月9日上午11时1 7分,北京飞控中心发出指令,嫦娥二号卫星490N发动机成功点火,约15分钟后,也就是11时32分,发动机正常关机。根据实时遥外测数据监视判断,卫星远月点高度由1825公里降至约100公里,进入周期约118分钟的圆形环月工作轨道,第三次近月制动获得圆满成功。

这一刻,在他们身后不遠的地方,82岁的嫦娥一号总设计师、“两弹一星”功勋科学家孙家栋院士,静静地坐在那里“欣赏”着这一切。

这看似寻常的场景,细细品味起来,却意义非凡。一种传承在无言中进行——新一代航天人已经接过了中国航天事业的“接力棒”。

大言无声。老人的眼神中流淌着欣慰、赞许和期待——这些年轻人,正在成为中国航天的未来!

这一刻起,历史舞台属于年轻一代,中国航天将踏着青春的节拍,以崭新的“中国速度”继续前行……

那一刻,泪水盈满了全国五四青年奖章获得者、飞控中心青年科技专家刘勇的眼眶。

历经7次神舟任务和两次嫦娥任务的磨砺,刘勇从地方大学生成长为航天飞控专家,曾被共青团中央授予“全国五四青年奖章”。

成绩和荣誉的背后,是刘勇的艰辛付出。一位领导的话道出了他成功的“秘笈”:“在刘勇身上,有着类似陈景润的气质——“不计名利、默默攀登”。的确,投身航天测控事业以来,刘勇一直在征服太空的天梯上不懈地攀登着……

12年前,以优异成绩毕业于北京航空航天大学的刘勇,来到北京飞控中心,开始从事载人航天工程技术准备工作。

当时,他领受的第一个任务就是开发神舟飞船的姿态确定软件。我国载人航天工程有七大系统,北京飞控中心是载人航天飞行控制的“神经中枢”。在飞控任务实施过程中,姿态计算是一项体现飞控精度、提供决策依据的重要工作。当时,北京飞控中心刚刚组建,姿态计算仍是一片空白,没有技术资料和实测数据可供参考借鉴。更何况,初出茅庐的刘勇对任务状态并不了解,更没有实践经验,要开发出一套为任务所用的软件,难度可想而知。

初生牛犊不怕虎,刘勇向一道道难题发起了猛烈进攻。他一边补充姿态和轨道控制系统知识,一边进行方案研究和软件开发。

深夜的机房里、节假日的办公室里、堆满书籍的宿舍里,处处可见他抱着技术资料苦苦“啃读”的身影;天体力学、空气动力学、计算数学……短短两年时间,刘勇读完了几十本专著,积累了几百万字的学习资料和几十万字的学习笔记。为了把知识尽快运用到实践,他抓住一切机会向老专家请教、向经验丰富的同事学习,贪婪地吸收着来自各方的测控知识。那段日子,他的思维空间几乎全都被数字和软件占据,每天的活动轨迹成了机械的“机房——宿舍”两点一线。

天道酬勤。刘勇开发的软件在专家组评审时一致通过,一位老专家更是由衷地赞叹道:“奇迹出现了!”

此刻,所有的疲惫、所有的艰辛都化成了快乐和满足,坚定着刘勇继续攀登的信心。

从此,他以攀登的姿态,向航天测控高峰发起了一次又一次冲击,一项项成果也接连诞生:他深入研究的某项飞船返回控制技术和姿态确定技术,在历次神舟飞船任务中均发挥了重要作用;他自主开发的航天器可视化任务分析系统,成为历次任务轨道控制的实用软件;他突破了姿态计算和视点控制关键技术,填补了北京飞控中心姿态计算方面的空白;他开发的“姿态球”,为快速准确判断飞行器状态、实施任务决策提供了有力支持。多年来,刘勇参与了多个国家重大项目的研究,获部委级科技进步二等奖5项、三等奖两项。

嫦娥二号任务从准备到执行,两年多的时间里,刘勇几乎放弃了所有的休息时间。“许多重要的想法、重要的方案、重要的思路几乎都不是在八小时以内想出来的。一旦工作上了手,就放不下。”他这样解释自己无休止的加班。

刘勇早出晚归的作息时间,让年幼的女儿几乎不认识他这个爸爸,早晨出门时,女儿还在睡梦中,晚上回家时,女儿已经睡熟了。一次女儿生日,刘勇特意提早回家,谁知女儿居然被许久不见的“陌生”爸爸吓哭了。现在女儿大了,与刘勇的交流很多也只能在电话中进行。

2010年10月26日21时27分,北京飞控中心对嫦娥二号卫星实施了降轨控制,约18分钟后,卫星成功进入了远月点100公里、近月点15公里的试验轨道,为在月球虹湾区拍摄图像做好准备。

从飞控大厅大屏幕上看到,控制指令发出后,三维动画显示,卫星上4个小发动机同时喷出耀眼的火焰。根据实时遥测数据判断,这次降轨达到了预期效果。

2010年10月27日19时30分左右,嫦娥二号飞到虹湾上空,在最近为15千米高度时,嫦娥二号上的CCD立体相机,对虹湾地区进行了优于1.5米分辨率的成像,勘察地形地貌。

这是嫦娥二号对虹湾预选着陆区进行的第一次拍摄。

从降轨到回到原来100千米×100千米的环月圆轨道,嫦娥二号在虹湾成像轨道中一共飞行超过30圈,这也意味着嫦娥二号卫星将在15千米轨道处对虹湾几十次成像。

2010年11月8日,国防科工局首次发布了嫦娥二号卫星传回的嫦娥三号预选着陆区月球虹湾区域局部影像图,这标志着嫦娥二号工程任务取得圆满成功。

2010年12月21日14时50分,正在绕月飞行的嫦娥二号卫星首次遭遇月食,飞控中心根据计划安排对卫星实施控制,约3个小时后,卫星顺利走出阴影区,顺利通过月食考验。不久,嫦娥二号卫星顺利返回环月长期运行轨道。

日复一日美丽的释放与消耗,令激动与欢呼的人群渐渐趋于平和。就在此时,嫦娥二号又有亮点伴随着刺激与祈祷传来。

2011年3月,正是春暖花开的时节。在国家国防科技工业局的主会议室里,探月工程重大专项第八次领导小组会议如期举行。这次会议,将最终决定嫦娥二号的“归宿”。实际上,从2010年10月1日嫦娥二号成功发射之日起,有关她的最终“归宿”就一直成为热点话题。

专家指出,对于嫦娥二号的归宿有三个选项:一是让嫦娥返回地球轨道;二是着陆月球为嫦娥三号落月积累经验和数据;三是远赴深空,开展拓展性试验。

工程总体组织各系统经过反复论证、科学研判,最终决定:开展拓展性试验,奔赴日地L2点进行深空探测。

2011年4月1日,嫦娥二号顺利安全运行180天,半年设计寿命期满,圆满完成了各项工程目标和科学探测任务,星上剩余燃料充足,全系统状态正常稳定,拓展试验隨即展开。

2011年6月9日17时10分,在北京飞控中心的精确控制下,嫦娥二号卫星成功飞离月球,奔向更遥远的深空。这是嫦娥二号圆满完成各项工程目标和科学探测任务后,开展的拓展性试验任务。

开展拓展性试验任务,嫦娥二号的工作寿命有望延长至两年。而这“多出来的”两年时间,对航天人来说极其珍贵。

日地L2点距离地球大约有200个地球半径那么远。拉格朗日点位于太阳和地球的延长线上,由法国数学家拉格朗日于1772年推导证明出,共有5个。其中,日地L2点受万有引力的干扰最小,在日地L2点上卫星消耗很少的燃料即可长期停留,因此是观测整个宇宙的理想位置,也成为此次嫦娥二号拓展试验、迈向深空的目的地。

奔月难,奔向150万公里的深空更难。

嫦娥二号卫星的这次旅程无疑是中国航天史上飞得最远的一次“跨越”。“新”轨道设计、“远”距离跨越、“长”时间旅程、“准”测控保障。这些都在考验着中国航天人。

从地球到月球,嫦娥二号用了112小时,而到达日地L2点,则要用77天。考虑到嫦娥二号携带燃料有限,最终选择了一条最低能量轨道,尽管耗时长,但燃料消耗值最低,同时卫星携带的备用燃料也大大增强了安全性,但燃料用尽的风险始终伴随着“嫦娥”的征程。

当初,嫦娥二号的设计寿命只有半年,但未来还将继续工作一段时间,这对卫星仪器设备的可靠性、实际能力都是一个检验。零窗口发射、精准的测控,使卫星节省了大量燃料,嫦娥二号的远征之旅始终能量充裕;精良的轨道设计,使原定四次的中途轨道修正只进行了一次即到达了日地L2点。

2011年6月9日15时30分开始,北京飞控中心通过国内地面测控站,开始向嫦娥二号连续发出控制指令和数据,卫星陆续完成变轨控制的各项准备动作。16时50分,卫星主发动机准时点火,飞控大厅大屏幕上三维动画生动展现了轨道控制的全过程,只见发动机尾部喷出一团明黄色火焰,标志着轨控开始,17时08分,卫星发动机正常关机。随后,北京中心通过对遥测和轨道数据的综合分析计算,表明卫星已飞离月球,飞向深空。

2011年6月9日16时50分05秒。嫦娥二号卫星开机变轨,开始飞离月球轨道,飞向日-地拉格朗日L2点进行探测之旅。

嫦娥二号卫星的拓展试验,将实现中国航天的多个“第一”:国际上第一次获取7米分辨率的全月球影像图;第一次从月球轨道出发探测拉格朗日点的航天活动;第一次实现我国对月球以远的太空进行探测;我国第一次开展拉格朗日点转移轨道和使命轨道的设计和控制,并实现150万公里远距离测控通信。

在“嫦娥”远赴深空的漫漫征程中,每一个环节、每一个动作,都凝聚着数千名工程科技人员的心血和智慧。拉格朗日L2点,既见证了我国在航天领域取得的又一重要跨越,又将成为中国人迈向深空的新起点。

2012年6月1日,在世界儿童节这天,嫦娥二号又在中国探月研发团队的指令和授意下,受控飞向通往太阳系深空途中一个编号为4179号的小行星,对其进行探测。

2012年12月13日16时30分09秒,距地球约700万千米远的深空,嫦娥二号卫星成功飞越以西方凯尔特人神话中“战神”图塔蒂斯(Toutatis)命名的小行星。在完成与图塔蒂斯的交会后,嫦娥二号再次上路,飞向更遥远的深空。

嫦娥二号是我国探月工程二期的先导星,超期服役2年多,飞越探测图塔蒂斯小行星、成功实施再拓展试验,是中国航天器飞行距离最远的一次“太空长征”,再次刷新“中国高度”。

落月之旅

2013年的天空,注定是“中国的天空”。

这一年的初夏时节,天宫一号与神舟十号载人交会对接任务取得圆满成功,中国首次太空授课赢得了世界的喝彩。

这一年的初冬时节,嫦娥三号实施中国首次月球软着陆,这是中国深空探测的又一崭新的起点。

历史记住了这一刻:公元2013年12月15日23时35分,嫦娥三号任务进入最高潮。随着北京飞控中心调度员下达互拍指令,“嫦娥”“玉兔”同时睁大她们的“眼睛”,彼此深情凝望……

飞控大厅的大屏幕上,时间在一秒一秒地跃动。

科技人员和电视观众,心脏在起伏不停地跳动。

10米,是她们的互拍距离。北京航天城飞控大厅内,所有的人都屏气凝神,翘首以待这一激动人心的时刻——

在北京飞控中心调度员洪亮有力的口令调度下,在地面有节奏的指令声中,“嫦娥”与“玉兔”先后按下各自相机的快门,定格下她们生命中这一最美丽的时刻,也是中国航天永恒的时刻。

图像无言,记忆永远。飞控大厅巨幅大屏幕上,38万公里外苍凉寂寥的月球表面,月球车“胸前”呈现出一面鲜艳的五星红旗!

这,是中国在月球上拍摄的第一张五星红旗的照片。

此时此刻,鲜艳的五星红旗向全世界庄严宣告:嫦娥三号任务圆满成功,实现了我国航天器首次在地外天體软着陆和巡视勘察,标志着我国探月工程“绕、落、回”第二步战略目标取得全面胜利,中国成为继美国、苏联之后第三个实现月面软着陆的国家。

迢迢飞天路,托举航天梦。“嫦娥”卫星三战三捷,中国飞控人集智攻关、拼搏奉献,用“中国测控”把“中国奇迹”一次次写上太空,用“中国精神”使“中国力量”一次次彰显宇宙。

嫦娥三号是月球探测工程第二步战略的关键之战,也是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务,需要攻克的关键技术多、技术跨度大、实施风险高,挑战前所未有。

此次任务飞控工作最大的特点和亮点是“月球软着陆、月面巡视探测”,任务的重点和难点是“两器协同控制、巡视器的遥操作”。对于应急处置能力、飞行控制精度和天地协同控制提出了极高的要求。

具体说有“三高”:技术状态全新,处置能力要求高;遥操作约束复杂,飞行控制精度高;系统交互多,着陆器和巡视器两器协同程度高。

嫦娥三号要进行落月以及月球车对月球的巡视勘察,需要极为精确的测控控制。好的测控控制能够提供更高的测量精度、更大的传输速率,延时将更少,可以获得清晰度更高的图像或实时视频信息。

嫦娥三号使用了X频段航天测控网,嫦娥一号使用的S频段,嫦娥二号以S频段为主、X频段为辅进行试验。X频段在深空探测领域很重要,因为频率高,传递信号快,抗干扰性很强,也很可靠。

为了嫦娥三号任务,我国建立了一套深空测控站网,在黑龙江佳木斯建了一个66米的大型测控网站,在新疆喀什建立了一个35米的大型测控站网,不但具备了对月球的测控能力,也为以后包括火星探测在内的深空探测奠定了基础。

此外,除了新建的这两个站外,北京飞控中心新建成的遥操作中心和深空干涉测量系统也首次在任务中亮相。

航天事业从来都是与高风险并存的。嫦娥三号任务对北京飞控中心来说,充满了机遇与挑战。

“高精度的飞行控制”是最根本要求。轨道的中途修正、近月制动、15公里降轨、动力下降,这些控制工作相互衔接、环环相扣,每一次控制的精度都决定着嫦娥三号能否成功落月。尤其是首次使用7500牛大推力发动机,仅实施一次近月制动就进入环月轨道。

“月面巡视遥操作”是面临的最新难题。遥操作不同于传统意义上的飞行控制,这是一项开创性的工作。两器分离、巡视探测操作控制多、跟踪弧段紧、状态判断复杂,加上月面光照、温度等环境因素要求高,巡视器工作大多依赖于飞控中心的遥操作控制,风险大、难度高。

“异常情况的应急处置”是要应对的最大挑战。探测器故障模式多、近月制动、两器分离控制难度大,许多新技术、新手段第一次引入,应急处置难,对飞控中心应急应变的能力提出了极高的要求。

历史的笔墨,在这里尽情渲染,中国飞控人的荣耀在这里尽情展现:

——梦想启航。2013年12月2日1时30分,西昌是夜无月,繁星满天。中国推力最大的长征三号乙运载火箭托举着嫦娥三号直冲云霄,火红烈焰划破夜空,在天幕上形成一道明亮光带。这是人类第130次探月之旅。

北京飞控中心作为整个任务的“神经中枢”,所有的信息都在这汇集,所有的数据聚集,所有的指令都从这里发出。嫦娥三号升空后的每一次变轨控制,每一条上行指令,每一组注入数据,每一个关键操作,都是在这里实施的。火箭起飞400秒后,他们对卫星实施全程指挥控制。

——中途修正。嫦娥三号“零窗口”发射、精确入轨,只是奔月之旅第一步。能够精确实施轨道修正,是确保嫦娥三号准确实施近月制动、顺利抵达环月轨道的重要控制程序。在38万公里的奔月旅程中,因为受到入轨偏差、宇宙环境等因素影响,嫦娥三号探测器需要择机实施轨道中途修正,校正航向。12月2日15点50分,飞控中心成功向探测器注入控制参数,启动探测器助推器,顺利实施了首次中途修正,并圆满到达预定目标。12月3日又顺利完成第二次中途修正。由于前两次中途修正非常精准,可以满足近月制动和后续轨道控制的要求,第三次中途修正取消。

——太空刹车。12月6日17时53分,距月面约100公里的环月轨道。17时47分,飞控中心发出指令,嫦娥三号探测器器载变推力发动机成功点火。361秒钟后,嫦娥三号顺利进入距月面平均高度约100公里的环月轨道,真正成为一颗月球卫星。

差之毫厘,谬以千里。“精准”对北京飞控中心来说已经成为一种习惯,或者说,“精准”就是他们身体的一部分。近月制动是一次关键的轨道控制,难在精准:轨道要测得准,控制参数要计算得准,探测器也要执行得准。这其中任何一个环节出问题,都可能导致嫦娥三号无法被月球捕获,不是飞离了月球,就是一头撞上月球。

——完美着陆。12月14日21时11分,距地球约38万公里的月球表面。在飞控中心的精确调度下,变推力发动机再次开机,以每秒1.7公里速度环月飞行的嫦娥三号从距月面15公里处实施动力下降。距月面约100米时,嫦娥三号暂停脚步,用三维成像敏感器对着陆区进行障碍检测,选择最安全的着陆点。21时11分,发动机关机,嫦娥三号依靠自身重力下落。着陆腿稳稳地“站”上月面,嫦娥三号成功着陆。这是我国探测器首次登上地外天体,中国成为世界上第三个实现月面软着陆的国家。

——中国印记。15日4时35分,月球虹湾地区。凌晨3时的北京夜色深沉,而38万公里以外的月球还是沐浴着阳光的上午。在飞控中心的精确控制下,“玉兔”开始向转移机构移动。4时06分,托举着“玉兔”的两条“扶梯”轻触月面,在着陆器与月球之间架起一座桥梁。“玉兔”随后沿斜梯款步而下。4时35分,“玉兔”踏上月球,车轮在月面印出两道深深痕迹。这是中国探测器留在地外天体上的第一串“脚印”。

——精彩互拍。15日23时许,月球虹湾地区。在虹湾地区布满砾石和尘埃的灰黑色月面上,着陆器被阳光照得一片金色,月球车“胸前”的五星红旗鲜艳夺目—着陆器和月球车用各自携带的相机互相拍照,照片数据完整、图像清晰。

国旗展现在屏幕上的那一刻,飞控大厅掌声骤起。这是五星红旗在地外天体上的第一次“留影”。

中国飞控人以精心的组织、精确的控制、准确的计算,在奔月之路上写下了属于中国航天光荣与梦想。他们,把祖国的荣耀写在天地之间。

嫦娥探宫,地月飞虹。3年,在历史的长河中也许是短暂的一瞬,但对于飞控人来说,却是历经艰难。就在这三年嫦娥三号任务准备中,北京飞控中心还圆满完成了天宫一号与神舟八号、九号、十号三次交会对接任务。他们,连续作战,不怕疲劳,用智慧与汗水铺就了一条奔月之路。

“玉兔”一小步,中国一大步。

从“玉兔”号在月面留下的第一行中国脚印,到展现在月球上的五星红旗,嫦娥三号展示了中国走向深空的的决心和信心。

当许多媒体赞叹中国航天团队“年轻”的时候,又有谁知道:这群“70后”“80后”用一副副年轻刚强的肩膀,扛起了一个古老民族的过去、现在、未来;那一张张青春焕发的脸庞,洋溢着一个伟大民族的昨天、今天、明天。

人才,是航天的发动机;航天,是人才的推进器。在北京飞控中心,科技人员平均年龄不到35岁,而主任设计师的平均年龄是33岁。北京飞控中心流传着这样一句话,“1年人力,3年人手,5年人才,10年人物”,良好的人才环境有目共睹。

当五星红旗在月球“飘扬”,激发出中国飞控人豪情万丈的“中国声音”——

身经百战的北京飞控中心原总工程师张渊说:“中国航天的每一次进步,都折射著智慧和创新的光芒。”

曾经多次参加大型航天任务退休在家的老高工王唯说:“嫦娥三号把五星红旗带到了月球。中华民族伟大复兴的中国梦,一定会在中华儿女的接力奋斗中变为现实。”

慢慢流逝的岁月,以旧岁的涟漪为岸,又荡起新的波澜。与中国航天相伴的这群年轻人,最欣赏的就是飞船和卫星划出的飞行轨迹。而他们的人生,犹如那绚丽的轨迹,永远追寻着不同的美丽弧线。

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