“嫦娥一号”,中国航天的第三座里程碑 ——“嫦娥一号”卫星总指挥兼总设计师叶培建在泰州的演讲
坛主小传:叶培建,1945年1月出生于泰兴市胡庄镇赵市村,2003年当选为中国科学院院士。他多年来从事控制系统、机器人视觉及计算机应用工作,曾任“中国资源二号”卫星总指挥兼总设计师。现任“嫦娥一号”卫星总指挥兼总设计师、中国空间技术研究院空间科学与深空首席科学家,曾获国防科工委科技成果一等奖、国家科技进步一等奖等奖项。在我国探月工程研制过程中,他和他带领的研究团队用短短三年时间完成了“嫦娥一号”卫星的研制,书写了中国航天器研制历史上的传奇,开启了中国航天深空探测领域的新篇章。
核心提示
“嫦娥一号”的成功,是我国航天事业的第三座里程碑,实现了“走出地球,到了月亮”的目标,标志着我国已经进入世界少数具有深空探测能力的国家行列。
联合国《月球公约》规定,月球是全人类的。可下面还有一句话,谁开发谁利用。为了我们的子孙后代今后能登上月球,我们现在有能力去就一定要先去。
在“嫦娥一号”绕月探测工程中,“70后”一代新人正成长为航天科研的生力军,这是一笔最可宝贵的财富。依靠这支队伍、这批人才,我国的航天事业一定可以冲到和世界航天强国并驾齐驱的位置。
没有航天事业,这个国家不能称为有影响力的大国
2007年10月24日,承载着中华民族的千年奔月梦想,“嫦娥一号”卫星发射成功。这是中国航天开启深空探测领域的全新篇章。12月12日,庆祝我国首次月球探测工程圆满成功大会在北京人民大会堂隆重举行,胡锦涛等党和国家领导人出席大会。胡锦涛指出,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。
作为一名直接参加“嫦娥一号”卫星研制任务的航天科技工作者,我有幸成为“嫦娥一号”卫星的总指挥兼总设计师,见证了这一历史性时刻,我感到无比激动与自豪。我深深感到,航天事业对一个国家来说是多么重要。如果没有航天事业,这个国家就不能称其为一个大国,更不能称其为一个有影响力的大国、一个说话算数的大国。
我在瑞士读科学博士的时候,那里有一个世界知识产权组织,下面有一个展览馆,每个国家可以展示一样代表自己国家最高知识水平的东西。美国人在那里放了a piece
of moon,一片“月亮”(即他们从月球上带回的岩石样品),证明“我去过月球”;前苏联拿出一张图片,加加林的照片,他是人类第一个登上太空的航天英雄。这两个超级大国不约而同地都用航天来说明自己的国力。
再来看这几年的战争,如美国进军伊拉克,每次他们一出动,天上就有近百颗卫星跟着,提供卫星导航定位、通讯、侦察等各种服务。所以,一架美国飞机被击落,十几分钟后飞行员就能获救。
如果说上一个世纪,钢铁、煤炭、电力等是一个国家经济的基础,那么,今天的航天就是国家的经济基础之一,是综合国力的体现。
在冷战之后差不多十多年时间,世界各国没有发射过一个月球探测器,为什么现在又对深空探测如此热情?其实,上月球不是“面子工程”。除了陆地、海洋、空中(指飞机能到达的高空),一百公里以上的空间以及外层空间,很可能就是人类将来的第四个生存空间。
为什么这么说?我讲4条理由:第一,空间的高位置资源。我们每天要看电视,做股票,打手机,看天气预报,很大程度上依靠的是卫星,它能那么快速地传播信息就是靠一个高位置。一个卫星在空中几百公里的高空拍照片,一拍就是一大片,哪个地方有水灾、海啸,一看就很明白。第二,环境资源。高真空、高洁净、微重力的环境可以使我们在那儿去做各种地面所不能做的试验。有些半导体材料、医药的制作需要很洁净的环境,还有些材料要在微重力情况下生产,这在地面上非常难,但在空间很容易做到。第三,能源资源。我们已知的全世界的石油按目前的消费量大概还有七十年可用,煤炭可用一百余年,全世界铀矿大概也只有50年可用,人类将来怎么解决能源?太阳能是一个办法。如果我们能在空中放一个卫星,这个卫星具有很大的太阳帆板,把太阳能转变成电能,再把电能转换后传到地球,这比在地面上用太阳能发电效率要高得多;还有一个是核能,就是可控的核聚变,但需要有同位素,这些同位素中只有氦3是最安全的,月球上氦3储量最保守的估计是可以用上1000年。第四,信息资源。宇宙不是无限的,而是有边界的,大约137亿光年。如果把150亿年以前,宇宙大爆炸开始形成的时间算做一年中的1月1日零时零分,我现在讲话是一年的最后一天,那么人类只是在30分钟前才出现。讲空间概念,地球小得不能再小;讲时间概念,人类也渺小得不能再渺小。宇宙的许多奥秘,如生命如何产生,想在地球上知道这些问题非常困难。走出地球,到深空去也许能帮助我们回答这些问题。有人也许会说,我们能去那么远吗?我们能把想要的东西从月球上运回来吗?我说现在不可想象,但可以说一个例子,100年前莱特兄弟发明第一架飞机的时候,不过飞离地面十几米、几分钟,那个时候谁能想象现在空客780能够装载几百个人飞越大洋?
现在就连一些中等发达国家也在拼命地发展航天。就在我们发射“嫦娥一号”几天之后,韩国发表声明,要在2020年发射月球探测器,2025年实现月球着陆;德国计划在2015年发射月球轨道器,和我们的“嫦娥”差不多;美国的新太空计划是由布什总统亲自发布的;欧洲提出“曙光女神”计划,俄罗斯、印度、日本都有各自的深空探测计划。
联合国《月球公约》是这么规定的,月球是全人类的。可下面还有一句话,谁开发谁利用。所以,现在有能力就一定要去,为了今后我们的子孙后代能去月球!
“嫦娥一号”最让我骄傲的,就是她有一颗“中国心”
我国的月球探测起步晚,但起点不低。面对技术难题多、研制时间紧、风险大、队伍新等一系列挑战,我们紧紧瞄准当今国际深空探测技术前沿,高起点设定卫星的功能与性能,并独立自主地进行技术上的原始创新、集成创新和流程与管理上的综合创新,突破并掌握了探月轨道设计、制导导航与控制、远距离测控与通信、卫星热控等一大批具有自主知识产权的核心技术和关键技术,把进军深空探测的主动权牢牢地掌握在中国人手中。
“嫦娥一号”让我最骄傲的,就是她有一颗“中国心”。尽管航天领域也可以搞国际合作,但要想在国际上占有一席之地,就是三个字:买不来!我们必须在确保自主掌握核心技术情况下开展国际合作。
与国外2000年以来已经发射和将要发射的环月探测卫星相比,“嫦娥一号”卫星的发射质量与干重的比例、载荷与干重比、能源系统和工作寿命等指标,达到了国际上同类水平;制导、导航与控制能力和精度,无深空大天线支持条件下的远距离测控精度以及热控水平等,达到了国际先进水平。
前段时间,有人说我们拍出的月球照是假的,我给航天爱好者带来一批月球新照片,有平面图、三维立体图,还有展示月球背面的照片,其中可以看到以中国明代人万户命名的“万户撞击坑”,以及19轨数据图中的几轨,这些都是“嫦娥”拍出的图像。可以毫不夸张地说,“月球脸”完全是中国拍摄。
在2007年11月26日第一幅月面图发布之前,“嫦娥一号”所搭载的全部32首歌曲就都已经传送回地面一遍了。我们将根据“嫦娥一号”不同的飞行阶段、不同的节日发送指令给它,让它传回不同的乐曲,比如春节时传回《春节序曲》,中秋节时传回《但愿人长久》,等等。
我可以自豪地告诉大家,我们这次发射“嫦娥一号”,完全是依靠中国人自己的力量来完成的。我们设在国内东西两端的青岛和喀什这两个测控站,其地面间距对月球来说实在是太近了,我们能看到卫星的时间只有几个小时。所以,本着科学的态度,我们与欧洲进行了合作,请欧洲科学家在德国、澳大利亚和圭亚那的三个地方帮助来监视“嫦娥一号”卫星,在情况紧急的时候,也可以帮助我们发出抢救性指令。在监视任务完成以后,你知道欧洲科学家是怎么说的?他们说,“你们发射的卫星太漂亮了,我们最大最大的遗憾,就是没能为‘嫦娥一号’发出一条指令。”
“嫦娥一号”发射时,所有新闻里都反复在强调一个名词叫“发射窗口”,即2007年10月24日、25日、26日。错过了这个时期,就得等到下个月再发射。很多人问我这是为什么。我们用天上24小时的调相轨道,换地上多天的发射机会。我现在揭开这个秘密,即使这3天都是多的,本来只有一天的发射窗口,是我们专门给卫星设计了一个24小时的轨道,让它在天上多飞一圈,地面上就可以提前一天发射,多飞3圈,地上就可以提前3天发射。大家知道,月亮绕着地球转圈,卫星从地球上冲出去,与月亮绕的这个圈肯定有个交汇点,如果正好月亮转到这个交汇点附近,嫦娥也走到这里,那马上就能被月球的引力捕获,那就从绕地变成绕月了。如果卫星追过去时月亮已经走过这个交汇点,那卫星就飞过月亮了。因此我必须要算好这个时间,加上其他一些原因,卫星离开地球奔月的时间不是10月24日,而是10月31日。为了保证10月31日卫星一定从奔月点出发,我们再反推过去,要在10月24日发射。但这又遇到问题了,我怎么能保证在这一天之内把它打出去?天气、火箭会不会出问题?卫星会不会出问题?如果不行,那就得等到下个月见了。可我们在发射场把火箭竖起来,竖起来要加两种燃料,第二种燃料加进去24小时之内火箭必须发射,不然就报废了;而且此时测控船早已开到很远的海上,它只带了一个月的补给和能源,要等到下个月,那吃什么?用什么?因此为了解决这个一天的问题,我们想了一个办法,在天上设计了一个24小时调相轨道,如果24日的天气好,把它打掉,24日天气不好,就25日打,25日再不好26日打,我有三天的时间,打上去绕着这个24小时轨道转,在天上待命。到了高空不会刮风下雨的,那就算得准了。当然,设计这个轨道是非常难的数学题。
托起“嫦娥”的“70后”,今后还要挑更重的担子,前途不可限量
遥望星空,“嫦娥”谱写续曲;回望来路,托起“嫦娥”的一代科研主力——“70后”活跃舞台。在“嫦娥一号”绕月探测工程中,中国航天科技集团公司卫星研制团队的40岁以下青年逾七成,平均年龄不足30岁;长征三号甲火箭发射试验队188人,40岁以下者占60%以上。“70后”一代新人正成长为航天科研的生力军!
在这个年轻的卫星团队中,副总设计师孙泽洲,37岁,负责整个卫星系统的技术抓总;王龙,副总指挥,34岁,任设计师;……
我们用了3年时间,完成这样艰巨的事。这些年轻人还能在这个岗位上再干30年,这是一笔最可宝贵的财富。我试着概括了一首诗:勇挑重担掌全局(孙泽洲:“第二号”人物),拼命三郎抓总体(饶炜:话不多,干活很拼命),继承发扬创快速(龙江:三年拿下整个工程项目),火眼金睛查星体(王劲榕:综合测试护送“嫦娥”平安到月球),刻苦攻关建天梯(孙大媛:攻克定向天线大难关),青年总体扛大旗(黄昊、张伍、孟林智、黄小峰、金洋:卫星总体的骨干),青年英杰建奇功(宗红、袁利、戴居峰:确保飞得好飞得准),踏实苦干好集体(郭坚、张猛、叶志玲:创新卫星“大管家”——数营系统)。
我们这个团队的最大特点就是创新,没有前人的经验和资料可以借鉴。以青年人为主的这支团队表现出鲜明的特色,他们有着强烈的探索和创新精神,敢为人先,敢于攻关,这对航天事业来讲尤为可贵!可以说,参加“嫦娥工程”,会让这批“70后”年轻人受益一辈子。他们有着崇高的使命感,他们热爱这个事业,愿意为此去奋力拼搏。这些年轻人今后还要挑更重的担子,前途不可限量,有了这支队伍,我国的探月工程和深空探测事业前景足以令人期待。
深空探测是人类未来发展的必然选择,“嫦娥”只是一个开始
连续的通宵达旦、一两百天没有休息日、常人无法想象的单调和寂寞……中国航天人能够克服这一切,是因为我们对航天事业的无比热爱和全身心投入!
而最苦的事莫过于挑战“月食”。在常人眼里,月食是用来欣赏的,但对需要太阳能供电的“嫦娥一号”卫星来说,月食带来的却是一场生死考验。“嫦娥一号”进入太空后,能源主要来源于两翼的太阳帆板电池,在月食期间探测器的太阳帆板得不到太阳光,能源供应就会中断。如何让卫星顺利度过月食,是必须攻克的一道关。
2008年正月十五,当大家在吃元宵时,“嫦娥”将遇到一次月食,经历它最寒冷的时候,而我将带着队伍一起克服这个难关。根据预测,今年的2月和8月份将出现两次月食,到时候,地球将遮挡太阳,“嫦娥一号”有近6个小时见不到太阳,这期间卫星将无法解决供电问题。为确保“嫦娥”不被冻坏,需采取措施为她保暖。可以99.99%地告诉大家,我们肯定能渡过难关,相信2008年正月十六那天,顺利过关的消息就会传来。另一次是2008年8月的第二次月食。
展望我国的深空探测事业,我们航天人要做的事情还有很多。首次月球探测工程的圆满成功,只是在深空探测领域迈出的第一步,实现了“绕月”。2008年中国航天的亮点将是神舟七号飞船发射,到时候宇航员将会走出舱门,迈向太空。在第一阶段完成“绕”月飞行的基础上,第二阶段“嫦娥”将实现“落”入月球表面。
在嫦娥发射后,事实上我们就已经进入二期工作状态,主要探测月球的形貌和地质构造,调查月表物质成分和可利用资源,研究月球内部结构,并探测日、地、月空间环境这四大科学任务。我们的工程目标简单说来就是发射一个探测器,在月球上着陆,然后弄一个月球车开出来在月球上走10公里。这个月球车得有很多的导航设备,它不能够掉到坑里面,碰到大石头还要拐弯,小石头就要爬过去;此外大家知道月球自转是28天,公转也是28天,月球上一个晚上相当于地球上14天,14天见不着太阳,卫星不能发电,东西都要冻坏了,如何在月球上生存等这些是我们研究的问题。预计整个二期工程将在2015年前完成。
三期工程是“回”。着陆器着陆在月球上,伸出一个机械臂,在月球上钻个孔,挖出点东西来,放到返回舱里,然后重新起飞,飞回到地面上来。
再接下来就是关于未来深空探测的设想了。将来我们也准备开展对火星和小行星的测量。我们已经算过,按目前火箭的能力,如果要从地球飞到火星,打个来回加起来需要800多天。因为火星绕着太阳转,地球绕着太阳转,你要从地球飞到火星,要找火星到地球距离最短的时候,这就要飞行250天。飞上去以后宇航员要呆上一段时间,再找最短距离回来,加起来是800多天。
航天事业是“万人一杆枪”。只有每个航天人都尽心尽力做一颗“螺丝钉”,整个航天事业才会蒸蒸日上。我们坚信,在中国航天事业未来几十年的发展中,依靠这支队伍、这批人才,我们一定可以冲到和世界航天强国并驾齐驱的位置。
(本报记者 赵晓勇 顾介铸 整理) 坛主照片由赵晓勇、李建明摄