北京時間6月25日14時07分，嫦娥六號返回器準(zhǔn)確著陸于內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域，工作正常，標(biāo)志著探月工程嫦娥六號任務(wù)取得圓滿成功，實現(xiàn)世界首次月球背面采樣返回。

嫦娥六號返回器準(zhǔn)確著陸于預(yù)定區(qū)域。圖片來源：人民日報微信

嫦娥六號探測器在一次任務(wù)中，實現(xiàn)了月球背面軟著陸、采樣、科學(xué)探測、起飛等多個重大突破，是中國探月工程的又一壯舉，凝聚了方方面面的智慧和力量。在中國科學(xué)院上海分院系統(tǒng)，由中國科學(xué)院上海天文臺、上海技術(shù)物理所、上海光機所、上海硅酸鹽所、上海有機所組成的“追月兄弟連”，再次拿出各自法寶，助力完成此次探月“挖土”之旅。

懷著“朝圣”之心，為嫦娥六號制備激光測量設(shè)備“全家桶”

中國科學(xué)院上海技物所激光測量載荷研制團隊在實驗室進行室內(nèi)標(biāo)定測試。姚波攝

時針回?fù)艿?0多天前的6月2日，嫦娥六號探測器穩(wěn)穩(wěn)降落在月球背面的南極——艾特肯盆地東北側(cè)。上海技物所嫦娥著陸器系列激光測距敏感器主任設(shè)計師黃庚華，終于長舒了一口氣。

嫦娥六號能穩(wěn)穩(wěn)降落、順利返航，上海技物所提供的激光測量設(shè)備“全家桶”——激光測距敏感器、激光測速敏感器、激光三維成像敏感器，功不可沒。

“它們相當(dāng)于嫦娥六號的三只天眼。激光測距敏感器和激光測速敏感器通過向月面發(fā)射激光脈沖，精準(zhǔn)測量著陸器和月面間的距離和速度信息，引導(dǎo)著陸器平穩(wěn)著陸。只有落穩(wěn)了，著陸器上的上升器才能在月面垂直發(fā)射并穩(wěn)步返航。激光三維成像敏感器類似車載激光雷達，在嫦娥六號距離月面100米的懸停階段，不到0.2秒就完成整個著陸區(qū)三維地形的掃描，為尋找安全著陸區(qū)提供精準(zhǔn)的三維圖像。在這個安全區(qū)內(nèi)，需盡量避開超過兩個拳頭大的石塊，否則可能造成整個著陸器傾倒。利用激光三維成像敏感器提供的地形圖像，著陸器導(dǎo)航分系統(tǒng)就可以在無人操作的情況下自動選取安全著陸點軟著陸，完美避坑?！痹谏虾＜嘉锼鶎嶒炇遥S庚華指著桌上的三臺激光測量設(shè)備樣機，向記者詳述嫦娥六號落月全過程。

“每臺測量設(shè)備都身價不菲，凝聚著科研團隊20多年的心血?！秉S庚華用廣西人清亮的嗓音，說起自己多年來的探月科研，明亮的大眼睛里閃爍著快樂的光芒。

2002年，黃庚華從清華大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)，進入上海技術(shù)物理所開啟研究生學(xué)術(shù)生涯。當(dāng)時，我國的空間激光測量技術(shù)還處于空白的狀態(tài)。2004年，中國科學(xué)院先導(dǎo)專項計劃啟動，嫦娥一號衛(wèi)星上用于為月球量“身高”的激光高度計得到了先期支持，科學(xué)家們提出，我國需要用激光手段為月球生成一個精確的三維地形圖，才能知道月球的大小、體積，為后續(xù)的嫦娥探測器落月獲取理想的數(shù)據(jù)。

然而，空間的激光雷達怎么做，并沒有教科書供參考，也沒有先期經(jīng)驗可借鑒，我國激光三維遙感技術(shù)的開山鼻祖薛永祺院士、王建宇院士帶領(lǐng)課題組闖入這個無人區(qū)，黃庚華就是課題組里的兩名學(xué)生之一。自己設(shè)計、制作合適的高靈敏光電接收器，自己畫電路板，甚至自己動手焊接原理樣機上的元器件，探月工程讓黃庚華快速成長，從一個無知無畏的新手，成為精益求精的航天設(shè)計師。

黃庚華格外推崇伏爾泰的名言：“使人疲憊的不是遠(yuǎn)方的高山，而是鞋子里的一粒沙子?！痹谒睦斫饫铮h(yuǎn)大的深空探測理想，落在日常科研工作中，就是腳踏實地地解決一樁樁問題、克服一個個困難。

為了模擬激光測量設(shè)備隨探測器繞月飛行的工作狀態(tài)，科研團隊曾數(shù)次赴新疆的沙漠地帶做飛行實驗。他們帶著設(shè)備登上了敞篷式的螺旋槳飛機，在3000米高空持續(xù)飛行兩個多小時，近零度氣溫、高空氣壓稀薄、氣流顛簸和空中噪音……種種惡劣狀況，使得科研人員出現(xiàn)了頭暈?zāi)垦?、耳鳴嘔吐等不適癥狀，但他們堅持在空中把實驗做完，及時記錄設(shè)備出現(xiàn)的問題。

“持續(xù)推進至人力的極限，去探索太空，拓展人類在太空中的認(rèn)識邊界，對我們而言，是件很偉大且有意義的事。”黃庚華說，他總是懷著朝圣的心情在做航天科研，每當(dāng)想起嫦娥系列探測器里有自己設(shè)計的組件，都倍感自豪。

九天攬月、探索不止，“中國方案”實現(xiàn)突破

周翠蕓（右）和鐘朝陽在中國科學(xué)院上海光機所實驗室進行測速激光器性能測試。劉洋冠華攝

嫦娥六號的三只天眼自帶光源，“裝載在激光測量設(shè)備里的激光器，就像探照燈一樣，為嫦娥六號照明‘引路’?！痹谏虾９鈾C所，三維光纖激光器項目組高級工程師周翠蕓一直從事嫦娥系列探測器的激光器研制。她說，2003年之前，我國還沒有自主研發(fā)的應(yīng)用于空間的激光器。上海光機所立志要做出中國人自己的深空激光器。經(jīng)過多年的研制摸索，他們完成了中國第一臺空間激光器——嫦娥一號測距激光器，并從嫦娥三號起，提出了研制用于三維成像的全光纖激光器。

“坦白說，什么時候能做出來，大家心里沒底，畢竟全光纖激光器從未在深空探測器中使用過，能否承受住運載火箭發(fā)射時帶來的振動？能否經(jīng)受真空、宇宙射線等空間環(huán)境的影響？”周翠蕓2009年進入三維光纖激光器項目組碩博連讀，面對全新的挑戰(zhàn)，和課題組成員一起反復(fù)試驗論證，長期奔波于實驗室、環(huán)模室、輻照中心之間，“仿佛入了航天科研的門，就有一股不服輸?shù)膭蓬^，啃硬骨頭一點點啃下來，實現(xiàn)了全光纖激光器在嫦娥探測器上的應(yīng)用?！?/p>

九天攬月、探索不止，探月之旅實現(xiàn)了多項“中國方案”的突破。此次降落的艾特肯盆地東北側(cè)，是太陽系已知最古老的撞擊盆地。嫦娥六號裝載了上海技物所提供的月球礦物光譜分析儀，對著陸采樣區(qū)進行光譜探測和礦物組成分布分析，特別具備了對月球水檢測的能力，為破解與揭示月球起源與演化等科學(xué)難題提供了獨特的新視角。

“一般紅外探測器都在低溫環(huán)境工作，但月球礦物光譜分析儀開機工作時，月表溫度高達50-70℃，會使儀器快速升溫，這一問題困擾我們很長時間。后來，通過優(yōu)化光機隔熱，進行真空不同溫度條件下的響應(yīng)定標(biāo)與數(shù)據(jù)處理修正，達到了數(shù)據(jù)的一致性?！辨隙鹆栐虑虻V物光譜分析儀副主任設(shè)計師徐睿說，他們做了大膽的嘗試，讓月球礦物光譜分析儀的金屬外殼保持原色，而不是采用傳統(tǒng)的黑色。

看起來反常規(guī)的設(shè)計，降低了外框架的輻射，讓光譜分析儀得以在月表減緩升溫的速率。

“2013年，嫦娥三號就成功應(yīng)用了基于激光雷達自動避障的軟著陸技術(shù)，是國際上最早的。”黃庚華說，作為與嫦娥五號同批生產(chǎn)的產(chǎn)品，嫦娥六號的一些載荷設(shè)備已生產(chǎn)了七八年，能否保持“凍齡”狀態(tài)并運轉(zhuǎn)如初，是科研團隊面臨的最大挑戰(zhàn)。

七八年來，這些載荷設(shè)備三月一小檢、半年一大檢，在恒溫恒濕的環(huán)境中默默等待著召喚。2020年，科研團隊在一次檢測時發(fā)現(xiàn)，載荷設(shè)備里有一個器件的能量有衰減趨勢，盡管還在允許的誤差范圍內(nèi)，但為確保萬無一失，科研團隊決定更換該器件?！熬拖褡鲂呐K更換手術(shù)一樣，先開蓋并逐層剝離器件上的多塊電路板，再斷開密如蛛網(wǎng)的電纜，最后在狹窄的空間中把該器件從設(shè)備中取出來，更換后再原封不動地重裝回去。全過程都要保持和原狀態(tài)一模一樣，談何容易？”黃庚華說，研制團隊等于在3個月里把要求的研制和試驗過程又重走了一遍，按任務(wù)預(yù)期轉(zhuǎn)載到嫦娥六號上。

夜以繼日、不辭辛勞，為嫦娥六號保駕護航

6月4日，嫦娥六號上升期在月面起飛后，科研人員在上海佘山VLBI觀測網(wǎng)指揮中心查看數(shù)據(jù)。中國科學(xué)院上海天文臺供圖

6月21日入夜，位于上海松江佘山科技園的VLBI（甚長基線干涉）觀測網(wǎng)指揮中心燈火通明，向北京航天飛行控制中心傳送嫦娥六號VLBI實時測量數(shù)據(jù)。參與任務(wù)的科研人員有條不紊地為嫦娥六號的返回著陸進行著最后的準(zhǔn)備。

VLBI是天文觀測中精度最高的觀測手段。它利用分布遙遠(yuǎn)相距幾千公里的大口徑射電望遠(yuǎn)鏡，組成一個巨大的觀測網(wǎng)，共同觀測億萬光年外的遙遠(yuǎn)天體。參與月球與行星探測工程測控系統(tǒng)的VLBI測軌分系統(tǒng)，由上海天馬站、北京密云站、新疆烏魯木齊站、云南昆明站的四個射電望遠(yuǎn)鏡，以及位于上海天文臺的VLBI月球與深空探測中心構(gòu)成，組成等效口徑為3000多公里的超級望遠(yuǎn)鏡。

VLBI測軌分系統(tǒng)總設(shè)計師陳中，疲憊中難掩興奮。自5月3日嫦娥六號探測器發(fā)射升空至今，測定軌團隊的工作生活一直晝夜交替、黑白顛倒。每天能夠看到嫦娥六號的時間，時而在白天，時而在深夜，還有從夕陽西下到晨光拂曉，進行長達十幾個小時的實時測定軌工作?！斑@段時間，我們吃住都在佘山指揮中心，生物鐘都是混亂的?！标愔行χf。

由于月球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)時間同步，這導(dǎo)致月球的一個面永遠(yuǎn)無法面向地球。嫦娥六號在月球背面運行時，無法和地面直接通信，因此在嫦娥六號奔月前，一顆繞月飛行的中繼星鵲橋二號先被發(fā)射升空。為滿足月背著陸和探測器熱控設(shè)計要求，嫦娥六號采用與月球自轉(zhuǎn)方向相反的繞月逆行軌道飛行，其環(huán)月飛行時間比嫦娥五號多出了一個月。

“鵲橋二號就像一面鏡子，嫦娥六號在月背飛行和月背著陸采樣工作運行時，通過鵲橋二號與地面站進行通信?！标愔姓f，這就要求科研人員通過精細(xì)的任務(wù)編排，快速分時觀測鵲橋二號和嫦娥六號。

尤其是在著陸器軟著陸在月球背面開始挖土?xí)r，VLBI測軌分系統(tǒng)還需對繞月飛行的軌返組合體進行精確測定軌，使它能夠調(diào)整好位置準(zhǔn)確等待上升器的到來，并同時兼顧對鵲橋二號的觀測。“只有獲得更多數(shù)據(jù)，才能更精確地測量與預(yù)報軌道，為飛行控制指令的下達打好基礎(chǔ)?！弊罱K，嫦娥六號圓滿完成近距離的自主交會對接，把月球樣品容器從上升器轉(zhuǎn)移到返回器內(nèi)，這是世界上第一次成功完成從月背起飛的月球軌道無人交會對接。

此次月背“挖土”任務(wù)中，上海硅酸鹽研究所承擔(dān)了熱控涂層、高溫抗氧化涂層、高溫隔熱屏等多種關(guān)鍵材料的研制，上海有機所則承擔(dān)了陀螺儀專用浮液和有機熱控涂層的研制。熱控涂層就像能調(diào)控溫度的衣服穿在嫦娥六號的外表面，好比“仙女霓裳”，確保其能以“優(yōu)美姿態(tài)”在正常溫度下運行。上海硅酸鹽研究所和上海有機所的科研人員，也被稱為給嫦娥六號“做嫁衣”的人。

為確保嫦娥六號的發(fā)射進度，上海硅酸鹽所特種無機涂層研究中心組織青年突擊隊，今年大年初三趕赴海南文昌發(fā)射中心開展發(fā)動機包扎材料實施與狀態(tài)確認(rèn)工作。36歲的高級工程師米樂是突擊隊的核心成員，也是為數(shù)不多從本科時就參與探月工程的科研人員。“我本科的畢業(yè)設(shè)計就是在特種無機涂層研究中心完成的。”已經(jīng)是兩個孩子父親的米樂記得，第二個孩子出生時，自己還在出差途中，“在這里工作，我們總想著探索新材料，為深空探測找到更好的關(guān)鍵材料。再苦再累，也樂此不疲?！?/p>

“這次嫦娥六號在月背降落、采樣，對導(dǎo)航和航姿系統(tǒng)的液浮陀螺儀中的氟油提出了全新的要求。課題組經(jīng)過協(xié)作攻關(guān)，突破了液浮陀螺儀專用高比重均質(zhì)氟油分子設(shè)計、聚合、精餾分離等關(guān)鍵技術(shù)，滿足了液浮陀螺儀更高精度、高可靠性和長壽命的需求。”上海有機所氟油課題組張忠東說，每次接受新任務(wù)、每次將性能指標(biāo)推到一個新高度，都是探月精神的傳承、科技自立自強的進步。

上海有機所有機熱控涂層研制組是上世紀(jì)60年代為滿足中國第一顆人造衛(wèi)星東方紅一號研制而成立的。幾十年來，幾代研制組科研人員克服了大量技術(shù)和裝備上的困難，刻苦攻關(guān)，研制出幾十種不同用途的有機熱控涂層，其中有機熱控涂層系列產(chǎn)品已應(yīng)用于中國各類衛(wèi)星和航天器型號上。

從小就對天文著迷的陳中說，可能只有親身參與了探月工程，才能真正體會其中的苦與樂，體悟探月精神的代代傳承，“能在中國人實現(xiàn)飛天探月夢想中留下自己的一點點印記，是這輩子的無上榮光。”

（來源：人民日報中央廚房-大江東工作室）

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