作者:甘晓 张巧玲 来源:中国科学报 发布时间:2013-12-13 9:12:08
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十年历练,十年成长,中科院成为我国实施探月工程的重要力量之一
中国科学报:托起“嫦娥”的中科院人

 
■本报记者 甘晓 通讯员 张巧玲
 

嫦娥三号任务器地正样对接试验。

地面应用系统嫦娥三号任务演练。
 
12月2日凌晨,嫦娥三号发射时,中国科学院嫦娥三号任务有效载荷发射场试验队队员们聚在一起,看着火箭缓缓上升,欣慰地鼓掌庆祝。回忆起这三个多月的日子,有效载荷发射场试验队队长庞红勋感慨良多:“个中艰辛只有亲身经历才能理解。”
 
经过十多天的飞行,嫦娥三号即将执行“软着陆”、两器分离及两器互拍等关键任务。
 
12月14日,由中国科学院国家天文台牵头组织的地面应用系统将迎来此次任务最紧张的时段,从这天开始,嫦娥三号将开始科学数据接收、处理及遥科学等任务。
 
自2004年1月国务院正式批准绕月探测工程立项以来,我国探月工程已走过近十年历程,中科院的“嫦娥”人也风雨兼程地走过了十年成长路。中国科学院副院长阴和俊自豪地说:“中国科学院是我国探月工程的倡导者、推动者,也是重要的参研部门之一。”
 
十年的历练,十年的成长,中科院“嫦娥”人已逐步成为我国实施探月工程的重要力量之一。
 
探月的“发动机”
 
2004年,我国在绕月探测工程正式立项后,也首次在工程上任命了“首席科学家”。
 
“从开始论证探月工程时,我们就很注重它的科学性,注重科学与技术并用。因此,我们每一次任务都会提出两组目标:一组是工程目标,一组是科学目标。”中国探月工程领导小组高级顾问、中国科学院院士欧阳自远在接受《中国科学报》记者采访时说。
 
同为中国探月工程领导小组高级顾问的中国工程院院士栾恩杰曾在采访时指出:“是技术和科学牵引了‘嫦娥’。”
 
而牵头组织制定我国嫦娥工程科学目标,并提出科学载荷配置需求的机构正是中国科学院。这部分工作虽名不见经传,但工程的其他工作都要以此为据,整个工程也正是为了实现这些科学目标。“科学目标牵引了整个工程。”欧阳自远说。
 
早在1994年,欧阳自远等专家经过一年的辛苦工作完成了第一份较完整的月球探测可行性报告,提出了开展月球探测发展阶段设想、第一阶段月球探测的科学目标和第一颗月球卫星的设想方案。
 
1998年,在国家“863-703”项目支持下,中国科学院地球化学所和空间中心共同完成了我国月球探测发展战略的研究项目。该项目提出了开展我国月球探测发展规划的初步设想。
 
在此基础上,中科院启动了知识创新方向性项目,支持以欧阳自远为中科院首席科学家的研究团组开展“我国月球资源探测卫星科学目标研究”。该项目的参加单位包括中国科学院地球化学所、国家天文台、空间中心、西安光机所、上海天文台等。
 
2001年,中科院根据自身有效载荷研制技术的水平与现状,再次启动创新性方向项目——“月球探测关键科学技术研究”。经过几年的研究和攻关,2003年以欧阳自远为首席科学家的研究团组完成了题为《月球探测关键科学技术研究》的研究报告。
 
从嫦娥工程正式实施以来,中科院努力做好工程的科学论证工作,先后牵头组织制定了于2007年实施的嫦娥一号任务的四大科学目标、2010年实施的嫦娥二号的四大科学目标。
 
2009年,中科院月球与深空探测总体部根据当年8月25日工程总师系统会议的安排,组织开展了“嫦娥三号任务有效载荷与科学目标专题”研究,经过多年的论证,提出了嫦娥三号任务的三大科学目标,即月表形貌与地质构造调查、月表物质成分和可利用资源调查、地球等离子层探测和月基光学天文观测,并提出了嫦娥三号八大有效载荷的配置需求。
 
至此,嫦娥三号任务也有了科学的“发动机”。
 
壮大的“月光族”
 
在探月工程的五大系统中,地面应用系统是唯一一个因嫦娥工程而新组建的系统,被誉为探月工程的“头”和“尾”。地面应用系统的主要任务包括,在方案和设计阶段提出科学目标,在业务运行阶段对有效载荷进行运行管理,最终组织开展科学研究与应用。
 
不过,地面应用系统总设计师李春来在接受《中国科学报》记者采访时坦言:“这是我国第一个深空探测的应用系统,我们几乎是从一张白纸做起。”
 
然而,这支新兵队伍在嫦娥工程的历练中不断成长、壮大。2007年,地面应用系统组建了运行管理、数据接收、数据管理、数据预处理、科学应用与研究五个分系统,顺利地完成了嫦娥一号任务的各项要求。2010年,为适应嫦娥二号的任务需求,地面应用系统进行了相应的改造工作,如更新地面应用系统的数据处理系统、增强计算能力等。
 
李春来告诉《中国科学报》记者,在嫦娥三号任务中,地面应用系统不仅负责制定嫦娥三号任务科学探测计划,完成有效载荷运行管理,还负责着陆器和巡视器下行探测数据的地面接收、处理和管理。同时,科学探测数据的存储与发布,组织科学家进行数据产品生产、科学应用与研究,以及开展相关的科学普及工作也是地面应用系统的任务。
 
面对嫦娥三号任务的主要创新点和任务要求,地面应用系统在北京新建了遥科学探测实验室,设立了遥科学探测分系统。“其主要任务是根据获得的数据,监视有效载荷工作状况和现场环境,并对巡视器周围月面物体的特征信息进行实时分析测量,为感兴趣的探测目标提供必要信息和选择,以实时交互或联动方式控制有效载荷,进而完成科学探测任务。”地面应用系统副总设计师刘建军对《中国科学报》记者说。
 
“因此,我们的科学家会进入一种与月亮一同作息的‘月光’工作时间,月出而作,月落而息。”刘建军笑称,“我们都是‘月光族’。”
 
“结束”后的开始
 
即将着陆月球的嫦娥三号探测器搭载了8台有效载荷,中科院多家研究所承担了除降落相机以外其他7台有效载荷的研制工作。
 
嫦娥三号探测器系统总设计师孙泽洲告诉《中国科学报》记者:“这些科学探测设备都是新研制的,其中,月基光学望远镜、极紫外相机和测月雷达将是国际首次在月球上开展这类实验的设备。”
 
这三台仪器的作用,用欧阳自远的话说,便是“观天、看地和测月”。中科院国家天文台研制的月基光学望远镜在月昼期间进行月基光学天文观测;中科院长春光学精密机械与物理研究所研制的极紫外相机将首次实现在月面对地球等离子体层进行极紫外成像观测。中科院电子学研究所研制的测月雷达,则将在巡视器行走路线上开展月球次表层结构探测。
 
为完成嫦娥三号发射任务,今年9月,中科院成立了嫦娥三号有效载荷发射场试验队,进驻西昌卫星发射中心。90多天里,试验队先后共80多名队员进入发射基地执行了各项任务。
 
比如,按有效载荷发射场工作技术流程,分系统需要在技术厂房开展着陆器有效载荷极紫外相机某专项试验。在试验的实施过程中,试验队经过三天三夜的奋战,终于完成了这一任务。长春光机所科研人员刘世界对《中国科学报》记者说:“这是有效载荷全体试验队员凭着航天人‘四个特别’的精神,努力协作取得的成绩。”
 
如今,这支试验队的成员已转战北京,投入到新的任务中。对他们而言,发射成功并不意味着嫦娥三号任务的结束,有效载荷的主要工作才刚刚开始。探测器着陆后,有效载荷分系统各台设备将按计划开机工作。
 
有效载荷系统中,另一个不得不提的便是嫦娥三号任务中的“夫妻档”——一个是嫦娥三号任务有效载荷全景相机的主任设计师,一个是嫦娥三号任务有效载荷月基光学望远镜的副主任设计师。他们就是中科院西安光机所研究员杨建峰和阮萍。
 
作为中科院西安光机所光谱成像技术实验室主任,杨建峰曾参与了我国嫦娥工程立项论证的全过程,先后负责了嫦娥一号、二号、三号任务中主要光学载荷的规划与论证。阮萍则在嫦娥一号、二号任务中,两次负责CCD立体相机的结构设计、光轴配准、地检景物模拟器设计等工作。
 
除科学载荷外,中科院还在嫦娥三号任务中承担了多项工程载荷的任务。例如,中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所研制的着陆器缓冲拉伸杆,主要任务是吸收着陆时的冲击功;中科院上海技术物理研究所研制的激光三维成像敏感器和激光测距敏感器也是保证探测器安全着陆的重要载荷。
 
“大眼睛”的“处女秀”
 
12月2日11时6分,位于上海佘山的65米口径射电望远镜——天马望远镜开始正式捕捉嫦娥三号探测器。
 
2008年起,在中科院和上海市的“院市合作”计划及探月工程支持下,经过四年的建设,2012年这台65米口径射电望远镜在上海天文台佘山基地落成。
 
“目前,它是我国口径最大、波段最全的一台全方位可转动的射电望远镜,总体性能在国际上处于前列。”上海天文台台长洪晓瑜说,“这台设备将在我国探月工程二期、三期中执行甚长基线干涉测量(VLBI)测轨和定位任务。”
 
在嫦娥工程中,中科院天文测量VLBI网成为了VLBI测轨分系统,已圆满完成了嫦娥一号、嫦娥二号的绕月卫星测定轨任务。
 
在接下来的三个月时间里,天马望远镜和新落成的佘山探月指挥中心将首次参与探月卫星精确测轨、定轨,与北京密云、云南昆明、新疆乌鲁木齐等5台望远镜合作,为数十万公里的“嫦娥落月”之旅指路。
 
如果说,天马望远镜是探月的“大眼睛”,那么几公里外的上海天文台探月指挥中心则是VLBI网的“大脑”。该中心位于佘山科技园区,今年8月正式落成,嫦娥三号任务是它的“处女秀”。
 
与嫦娥一号和嫦娥二号不同,嫦娥三号探测器VLBI测定轨任务增加了△DOR和同波束干涉测量等新的测量技术,跟踪和测量对象由原来只跟踪环月轨道器增加为跟踪环月轨道器、着陆器和巡视器三个探测器。新技术还使VLBI中心向北京航天控制中心准实时提供测量数据的滞后时间由原来的10分钟缩短为1分钟。
 
科研的“冲锋队”
 
2007年11月26日,时任国务院总理温家宝为我国首次月球探测工程所获得的第一幅月面图像揭幕。这一举动标志我国首次探月工程取得圆满成功。
 
2010年11月8日,温家宝为嫦娥二号卫星传回的嫦娥三号预选着陆区——月球虹湾地区的局部影像图揭幕,标志着嫦娥二号工程任务取得圆满成功。
 
这些影像图只是嫦娥一号、二号科学成果的一部分。
 
在嫦娥工程月球科学应用首席科学家的带领下,经中科院和全国科学家的共同努力,嫦娥一号、二号获得了大量月球数据产品和科学成果。
 
例如,嫦娥一号任务取得圆满成功后,在国家“863”计划重点项目“绕月探测工程科学数据应用与研究”的支持下,中科院组织全国27家科研院所、200余位科研人员,经过近两年的研究,取得了一系列的科学成果,突破了10余项关键技术,为推动我国月球科学和天体化学的研究以及后续月球探测工程的开展奠定了重要基础,填补了我国在月球和深空探测领域的空白。
 
据介绍,为推进嫦娥三号任务科学探测数据应用研究和产出,中科院近期还组织全国优势力量,组建了“月球地形地貌与地质构造研究”“月面化学特征及其演化规律研究”“月球区域地球化学与构造动力学演化模型研究”“地球等离子体层特征及其与太阳风相互作用研究”“月基光学天文研究”等五个科学应用核心团队。
 
这些核心团队是嫦娥三号任务科学应用与研究工作的“主力军”和“冲锋队”,将在探月工程二期月球科学应用首席科学家严俊的领导下,第一时间开展嫦娥三号科学探测数据的应用与研究工作。
 
相对于嫦娥一号、嫦娥二号,嫦娥三号任务的科学探测数据则更具科学研究价值。“中科院也期待更多领域的科学家,积极投入嫦娥三号任务,取得更多有创新、有价值的科学新发现、新成果。”严俊说。
 
《中国科学报》 (2013-12-13 第1版 要闻)
 
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