北京時(shí)間6月25日14時(shí)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(shí)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(bào)微信

嫦娥六號探測器在一次任務(wù)中，實(shí)現(xiàn)了月球背面軟著陸、采樣、科學(xué)探測、起飛等多個(gè)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(jī)所、上海硅酸鹽所、上海有機(jī)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(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)定測試。姚波攝

時(shí)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(jì)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(dá)，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(gè)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(gè)安全區(qū)內(nèi)，需盡量避開超過兩個(gè)拳頭大的石塊，否則可能造成整個(gè)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(dòng)選取安全著陸點(diǎn)軟著陸，完美避坑。”在上海技物所實(shí)驗(yàn)室，黃庚華指著桌上的三臺激光測量設(shè)備樣機(jī)，向記者詳述嫦娥六號落月全過程。

“每臺測量設(shè)備都身價(jià)不菲，凝聚著科研團(tuán)隊(duì)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(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)，進(jìn)入上海技術(shù)物理所開啟研究生學(xué)術(shù)生涯。當(dāng)時(shí)，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(xiàng)計(jì)劃啟動(dòng)，嫦娥一號衛(wèi)星上用于為月球量“身高”的激光高度計(jì)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(gè)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(dá)怎么做，并沒有教科書供參考，也沒有先期經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(jì)、制作合適的高靈敏光電接收器，自己畫電路板，甚至自己動(dòng)手焊接原理樣機(jī)上的元器件，探月工程讓黃庚華快速成長，從一個(gè)無知無畏的新手，成為精益求精的航天設(shè)計(jì)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。”在他的理解里，遠(yuǎn)大的深空探測理想，落在日常科研工作中，就是腳踏實(shí)地地解決一樁樁問題、克服一個(gè)個(gè)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(tuán)隊(duì)曾數(shù)次赴新疆的沙漠地帶做飛行實(shí)驗(yàn)。他們帶著設(shè)備登上了敞篷式的螺旋槳飛機(jī)，在3000米高空持續(xù)飛行兩個(gè)多小時(shí)，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(jiān)持在空中把實(shí)驗(yàn)做完，及時(shí)記錄設(shè)備出現(xiàn)的問題。

“持續(xù)推進(jìn)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(jì)的組件，都倍感自豪。

九天攬?jiān)隆⑻剿鞑恢?，“中國方案”?shí)現(xiàn)突破

周翠蕓（右）和鐘朝陽在中國科學(xué)院上海光機(jī)所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(jī)所，三維光纖激光器項(xiàng)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(jī)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(shí)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(yùn)載火箭發(fā)射時(shí)帶來的振動(dòng)？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(jìn)入三維光纖激光器項(xiàng)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(yàn)論證，長期奔波于實(shí)驗(yàn)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(diǎn)點(diǎn)啃下來，實(shí)現(xiàn)了全光纖激光器在嫦娥探測器上的應(yīng)用?！?/p>

九天攬?jiān)?、探索不止，探月之旅?shí)現(xiàn)了多項(xiàng)“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(jìn)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(dú)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(jī)工作時(shí)，月表溫度高達(dá)50-70℃，會使儀器快速升溫，這一問題困擾我們很長時(shí)間。后來，通過優(yōu)化光機(jī)隔熱，進(jìn)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(dá)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(jì)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(jì)，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(dá)自動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)如初，是科研團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)在一次檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)，載荷設(shè)備里有一個(gè)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(tuán)隊(duì)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(dòng)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(tuán)隊(duì)等于在3個(gè)月里把要求的研制和試驗(yàn)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(hù)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(shí)時(shí)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(jìn)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(gè)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(gè)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(jì)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(tuán)隊(duì)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(shí)間，時(shí)而在白天，時(shí)而在深夜，還有從夕陽西下到晨光拂曉，進(jìn)行長達(dá)十幾個(gè)小時(shí)的實(shí)時(shí)測定軌工作?！斑@段時(shí)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(shí)間同步，這導(dǎo)致月球的一個(gè)面永遠(yuǎn)無法面向地球。嫦娥六號在月球背面運(yùn)行時(shí)，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(jì)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(shí)間比嫦娥五號多出了一個(gè)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(yùn)行時(shí)，通過鵲橋二號與地面站進(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)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(bào)軌道，為飛行控制指令的下達(dá)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(jī)所則承擔(dān)了陀螺儀專用浮液和有機(jī)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(yùn)行。上海硅酸鹽研究所和上海有機(jī)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(jìn)度，上海硅酸鹽所特種無機(jī)涂層研究中心組織青年突擊隊(duì)，今年大年初三趕赴海南文昌發(fā)射中心開展發(fā)動(dòng)機(jī)包扎材料實(shí)施與狀態(tài)確認(rèn)工作。36歲的高級工程師米樂是突擊隊(duì)的核心成員，也是為數(shù)不多從本科時(shí)就參與探月工程的科研人員?！拔冶究频漠厴I(yè)設(shè)計(jì)就是在特種無機(jī)涂層研究中心完成的?！币呀?jīng)是兩個(gè)孩子父親的米樂記得，第二個(gè)孩子出生時(shí)，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。”

“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(jì)、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?！鄙虾Ｓ袡C(jī)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(gè)新高度，都是探月精神的傳承、科技自立自強(qiáng)的進(jìn)步。

上海有機(jī)所有機(jī)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(jī)熱控涂層，其中有機(jī)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(shí)現(xiàn)飛天探月夢想中留下自己的一點(diǎn)點(diǎn)印記，是這輩子的無上榮光?！?/p>

（來源：人民日報(bào)中央廚房-大江東工作室）

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