“印度‘月船2号着陆器登月失败,莫迪一脸凝重地安慰工作人员。”
2019年9月7日清晨7点,一则新闻标题吸引了我的注意。这则消息来自美联社,据称:印度当地时间9月7日凌晨2:15至2:20左右,印度“月船2号”着陆器在距离月球表面2.1公里的时候与地面失去联系。数据分析表明,当时着陆器对地垂直速度为59.8公里/时,显然是坠毁了。在位于班加罗尔的航天指挥控制中心现场,印度航天工作人员一脸失望地宣布了“月船2号”着陆器失联的消息。
视频中,也是在班加罗尔的航天指挥控制中心,印度总理莫迪脸上密布的乌云让我心里一震,虽然他努力地安慰着现场的全体航天工作人员。站在他旁边的航天局负责人更是一直沮丧地低着头。外电评论称,这次月球着陆任务失败,使印度成为第四个在月球着陆国家的梦想化作泡影。
航天工程,尤其是探月工程,如此强烈地影响着一个国家的信心吗?在人类史中,月亮是一个怎样的存在?中国探月工程又走过了怎样的路?带着这些问题,在经过多次预约后,我来到海淀区的一间办公室,对中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁进行了采访。
“我国的探月工程实现了五战五捷,嫦娥三号在月球软着陆成功是在2013年,嫦娥四号在月球背面软着陆成功是在2019年。”吴院士用这几句话开始了他的讲述。
一、人类与月亮
和70亿人一起居住在地球的你,是否想过,地球只是宇宙的沧海一粟?是否意识到,纵然地球是人类的摇篮,人类关注的目光却从未停止投向宇宙?头顶的星空和心中的道德律,一直是最让我们敬畏的两件事物。
只有在面对宇宙的时候,人类才能体会到自身的渺小,才会明白自己的生命既是有限又是無限的,因此,人类对宇宙和宇宙起源的关注,就是对生命的起源、人类自身起源的关注。
而宇宙中有一个天体叫作月亮。当寻求和拓展地球外生存空间成为人类繁衍的必然,你是否会抬头看看月亮——那距离地球最近的天体?是否会想起小时候妈妈讲的嫦娥、吴刚和玉兔的故事?是否也曾向往他们居住的广寒宫,和那棵砍不倒的月桂树?
“明月几时有”,你是否也曾这样,把酒问过青天?
“举杯邀明月,对影成三人”,豪放如李白,也有这样孤独又终于不再孤独的时刻。而月亮,就是那个寄托了人类情感的遥远慰藉。
《山海经》《淮南子》《离骚》等古籍中都曾讲到月亮,唐代《唐逸史》载“罗公远多秘术,尝与玄宗至月宫”,中华民族还根据上千年观察到的月亮的阴晴圆缺,编制了中国的传统农历,这成了民族灿烂文明的重要组成部分;希腊神话中的月亮女神叫阿耳忒弥斯,是太阳神阿波罗的孪生姐姐;日本最早的一部物语文学《竹取物语》中有一个来自月亮的仙女,名叫“细竹辉夜姬”,是日本人心中的月亮女神。
“日月安属,列星安陈?”屈原在《天问》中如此发问。其实不只是屈原,整个人类自古以来都想知道日月安放于什么地方,众星辰又怎样布陈。如黑格尔所说,一个民族有一群仰望星空的人,这个民族才有希望,而仰望星空时,人类更加好奇:星空中,星辰旁,那个闪耀着清辉的物体——月亮,究竟是一个怎样的存在。
曾经,对于人类,它只是一个遥远的梦境,慢慢地,人类离它越来越近:从千百年前抬望眼,静静凝视,到伽利略举起他的望远镜,好奇探寻,再看今朝,探测器已飞抵探测,来自地球的使者,和月亮零距离亲密接触了一次又一次。越靠近,人类就越懂它:它是地球唯一的天然卫星,它在离地球38万公里那么远的地方,它的平均直径约为地球的1/4,表面重力只有地球的1/6,从清晨到日暮,月球上一个昼夜竟相当于地球上27.3天,白天最高温度130℃,夜晚却冷到-190℃,还有,它的背面,地球上的我们永远也看不到,因为其自转周期等于围绕地球的公转周期,且方向相同,因此那背向人类的一面,曾像一个谜……还有太多的秘密,藏在这个沉默的星球里:关于地球的起源,太阳系的起源,和它们沧海桑田的演化;还有太多的资源,也藏在那里,比如氦-3,如全部开采,可满足全人类上千年的能源需求。
神奇的月亮,既是前哨站,也是试验场。经由它,人类探寻的双眼,投向宇宙深远的空间。
可以说,一部世界探月史,就是一部人类追逐梦想的历史!1957年,苏联发射了世界首颗卫星,1958年又发射了首个月球探测器,拉开了人类月球探测的序幕,后来,美苏两国展开“登月竞赛”,从阿波罗11到阿波罗17,美国共6次12人登陆月球,在月面共停留了300小时。之后月球探测经历了载人登月后的平静期。1994年,美国克莱门汀环月探测器发现在月球南极可能存在水冰,引起国际广泛关注,欧空局、日本、印度和以色列等多个组织和国家纷纷加入月球探测行列,开启了延续至今的第二轮探月高潮。
截至目前,全球共实施了116次无人月球探测和9次载人月球探测任务,其中成功66次,成功率约为53%。
二、中国探月工程前的那些年
2004年1月23日,猴年的正月初二,时任总理温家宝在一份厚厚的报告上签字,标志着我国正式批准了中国探月计划,中国开始了自己的探月之路。
而回望为探月工程鼓与呼的那些年,后来作为这项伟大工程的总设计师,吴院士的语气中既充满感慨,也渗透了情感,这是他后半生倾尽心血为之奋斗的事业。
爱仰望月亮的大巴山少年
吴院士的家乡在美丽但贫穷的大巴山。1953年10月,他出生在四川省平昌县得胜区得胜公社独柏大队第四生产队(后改名为得胜镇独柏村4社)一个叫“新房子”的地方。平昌县位于大巴山南麓,是国家级的贫困县。小时候,正是因为贫困,没有太多灯光照耀的大巴山的夜晚显得那么宁静、清澈而深远。吴伟仁的家就坐落在大巴山麓的一个半山腰上,每年夏天的晚上,妈妈总是把凉席铺在院坝里,几个孩子就围坐在席子上,一起仰望星空,妈妈一边摇着蒲扇一边讲嫦娥和玉兔的故事。妈妈白天忙一整天农活,很累,有时候讲着讲着就睡着了,这时这个长着大大脑袋的小男孩,就望着月亮,自己编有关月亮的故事讲给自己听。
“君问归期未有期,巴山夜雨涨秋池。”李商隐曾在《夜雨寄北》中,用这两句诗回复他的妻子,他被巴山夜雨阻隔了归路,滞留于巴山一带的无奈、落寞跃然纸上。
“巴山楚水凄凉地,二十三年弃置身。”到刘禹锡这首写给白居易的《酬乐天扬州初逢席上见赠》,更可看出,“巴山楚水”,即四川和两湖一带,在人们眼中就是一个凄凉地,当时刘禹锡被贬到朗州、连州、夔州、和州等地,先后共23年。
大巴山山区很美,但僻远而贫穷,从这些流传至今的古诗文中便可见一斑。一般来说,革命老区都在此类比较贫穷的地方建立,土地革命时期,红四方面军就曾在今天的平昌、通江、南江、巴中等地,先后粉碎国民党四川军阀的围攻,建立了川陕根据地,1933年,红军在吴伟仁的出生地——平昌县得胜区设立了苏维埃政府。
到20世纪60年代中期吴伟仁读初中,是在离家60公里的另外一个区,每两周回去一次。周六下课后,他背上东西就往家赶,第二天早上往肚里塞点东西,又急急忙忙往学校赶,当时公共汽车车票6毛钱,但他没钱坐车。
虽然上学要走那么远,但他还是特别爱上学。数理化等各门功课成绩优异,作文也经常被语文老师作为范文在班上念,语文老师还经常把他叫到办公室,当面修改他的作文,跟他详细讲哪儿还有什么问题,需要怎样改,而这个待遇是其他同学所没有的。
但初中没读多久,“文化大革命”就爆发了,学校停课搞“运动”,没有多少时间给酷爱读书的吴伟仁坐在教室上课了。之后,他初中尚未毕业就只能回家务农,就这样过了两年。
1971年,一个消息传来:平昌县唯一的高中要招生了!这简直让吴伟仁欣喜若狂!那一年,这所全县唯一的高中共招了190人。
高中是通過考试和推荐入学的,学校离家单程100里地。上了高中之后,他从两周回一次家变成一个月回一次家,依然是星期六吃完午饭就背上东西,翻山越岭往家赶,第二天早上吃完早饭又往学校赶,当时车票是一块二毛钱,但他仍没钱坐车。
总是在离家还有二三十里地的时候,天就黑了。黑暗降临的时候,这个又累又饿的少年,唯一能做的,是和同伴溜进农民的红薯地疯了似的刨,也许会刨到几根红薯干儿呢,也可以安慰他正在成长的身体,和已经饿得疼了几个小时的胃。
由于从小的磨炼,这个瘦瘦的羞涩少年,后来长期保持着每小时7公里的行走速度。
他当时还是班长和学生会主席。除了课堂学习,他还参加了特别多的社会活动,经常作为学生代表去各处开会、发言等,回来之后再熬夜把耽误的课程补上。在老师和同学的记忆中,他从来都是最后一个熄灯的,而且学校规定十点钟寝室要熄灯,他经常等老师走了,自己再溜回教室去学习,高72级的教室里,最后熄灭的那盏灯,一定照着吴伟仁的书本。
他曾博览群书,像《西游记》《红楼梦》《三国演义》等文学名著,和小说《红岩》等,都是初中高中的时候同学互相借着看的。那时借到一本书很不容易,而且经常都是要不没封面,要不没封底。
高中毕业之后他又回家务农了,因为当时规定,必须劳动两年以上才有资格上大学。这期间,他把家里的墙上都贴满了报纸,然后蘸着红墨水儿把数理化公式都写在报纸上,这样一进家门就可以看到那些公式,虽然他只是一个农民,但他不愿意忘记那些公式、那些知识,不愿意和他曾经热爱的那个世界再无关系。俄语单词就抄在单词本上,平常劳动的时候、用背篓背公粮的时候、坐下来歇息的时候,就把单词本儿拿出来背。
劳动锻炼期间,他被选为第四生产队的生产队队长,这个生产队是全县出了名的穷队,地少山多,农民意识落后,粮食产量极低,群众生活艰难,但在他当生产队队长期间,充分调动大家的生产积极性,自己也以身作则,全身心投入,一年下来两个主要指标实现双翻番,即粮食产量翻了一番,棉花产量翻了一番,他的努力得到了上级和群众的一致好评,在这期间,他光荣地加入了中国共产党,成为全县知识青年的典范。
尽管如此,在上大学的问题上,他仍然碰到了难题。因为家庭上中农的成分问题,他只能被初选到某所高校的农田水利系,因为这个专业不太考虑成分问题,但别人都上大学一个多月了,他却迟迟没等来通知书。
他几乎都快放弃了,每天只能用忙农活打发时间。在漫长的等待中,有一天,正在田里干活的他,突然看到妈妈兴奋地跑过来,远远的一边挥手一边在呼喊着什么。到跟前,妈妈气喘吁吁地把一份通知书塞到他手里,并上气不接下气地说:“快……看看,录取……通知书。”他欣喜若狂,映入眼帘的首先是“中国科技大学”,这可是他梦寐以求的学校啊!录取他的是无线电系,当时6个系中最大的一个。后来得知,是因为他的优异成绩使他获得了这个学校的青睐。
中国科技大学现在是“千生一院士,硕博六七百”。即一千个学生中出一个院士,一千个学生中有六七百个硕士和博士,比例远高于其他一些名校。当时,1975年,到处都在“闹革命”的形势下,中国科技大学也仍然学风浓厚,学生们都在勤奋苦读。
上大学的兴奋很快被一个烦心事代替,就是当时他是班上20多个同学中唯一没有学过英语的。中学的时候跟着老师学的俄语。班上其他同学英语都很好,尤其有些同学是从外事部门过来的,所以大学一年级时英语并不是从最基础的讲起,对他来说进度很快,因此当时他一上英语课就头疼,什么也听不懂。有一天,他花三块五毛钱买了一本英文字典,每天早上很早起床,背诵英语单词。背得多的时候每天可以背100多个单词,第二天可能只记得70个,第三天可能只记得30个,但是,这样反反复复地背,一年下来,英语有了突飞猛进的发展,第二年就比较轻车熟路了。最后毕业的时候,他英语考了98分,全年级两个并列第一中的一个。也为他后来翻译几本专业著作打下了良好的基础。
1978年:来到北京成为航天人
1978年11月,25岁的吴伟仁以优异成绩从中国科技大学无线电系毕业,被优先分配到航天工业部中国运载火箭研究院北京遥测技术研究所工作,光荣地成为了一名航天人。他为此感到十分自豪,因为中国运载火箭研究院是中国航天的发源地,中国的运载火箭、导弹都从这里起步,钱学森是其第一任院长。
他先后在遥测所任技术员、工程师、工程组组长、高级工程师、研究室副主任、研究室主任、副所长、研究员等。在这里,他邂逅了他的妻子,并在之后的日子里,把他的生活起居和照顾家庭的责任全交给了她。提到妻子,他明显带着歉疚。
在我采访他时,他接了妻子打来的一个电话,说他岳母这次估计不行了,他告诉我说,他的老岳母88岁,前两年摔了一跤,住了很长时间院,前两三天又不行了,又下了病危通知,正在抢救,但他第二天要出差,没法儿去陪,实际上他基本上没有陪过岳母。
当我这篇文章完成的时候,我得知他的岳母已经去世了。说起这,他觉得有些内疚,他说这几十年他几乎没时间做家务,家里洗衣机的按钮都弄不清楚,并排的三個电源开关,分别控制着两盏灯和风扇,他一直弄不清楚对应关系,每次都把三个开关同时按下去,妻子说:“你那么多数据都能记清,为什么这几个开关就是记不清楚?”还有他一进厨房就一筹莫展,妻子就承担了所有家务。
1983年2月,中国第一颗同步通信卫星即将在西昌发射。这是西昌建设基地建成后第一次投入使用,也是长征三号火箭第一次投入使用。本来一年多以前,组织决定派他去美国做高级访问学者,各方面已做了很多准备。但因为西昌第一颗同步通信卫星即将发射,领导斟酌再三,希望他能留下来。他二话不说,表示一切听从领导安排,不久便整理了行装,亲了亲当时刚刚五十天的儿子,就辗转去了西昌卫星发射中心。
这一去就是8个月,在那个8个人一间的土坯房,他常常望着土墙,想孩子想得厉害,但那时没有长途电话,他没法儿知道孩子是否已会叫爸爸,只能走出门,怅惘地望望月亮,再回屋,在自己的马扎上铺开书,铺开资料,整理那段时间的研究内容。
在发射场的工作,就是尽全力保证火箭和卫星发射成功,除此之外,他把自己工作中的研究编成了一本书——《深空远程通信系统》。
8个月后,他终于回家了,但儿子一看见那个满脸胡茬、面色黑红的汉子,就吓得哇哇大哭,他连比带画告诉儿子:“我是爸爸,我去了一个发射卫星的地方。”孩子慢慢地不哭了,凝望着他,仿佛听懂了“卫星”两个字。
儿子刚刚知道他是爸爸,他又去了西昌、酒泉、太原、渭南,动不动一待就又是两三个月。航天的设计中心一般在北京,但是导弹和火箭的发射实施则是在边远的山区。
就在他待在西昌8个月的1983年,时任美国总统的里根宣布了被新闻界称为“星球大战”的计划,1984年,里根政府又批准了“战略防御研究计划”,这些计划的目的之一是将苏联拖入更高层次的军备竞赛中,经济结构严重失衡的苏联本已从1977年开始不断削减军费开支,美国的“星球大战”计划宣布后,苏联又被迫应战,再度增加军费,提出本国的战略防御计划;欧洲开始研制“哥伦布”空间站;法国提出“技术欧洲”计划;巴西、南斯拉夫制订了航天计划,我国的邻居日本也提出研制“希望号”航天飞机,我国的另一个邻居印度和隔海相望的韩国也计划探月,这尤其让中国情难以堪。
由于20世纪80年代中期长征三号火箭发射成功,从80年代后期开始,我国开始论证是否有能力用火箭把探测器送上月球。当时,吴伟仁参加了这个论证,但是一年多的论证结果就是测控通信问题解决不了,如果要解决其中的测控和通信问题,需要大笔经费,国家拿不出,因为地球距离月亮约40万公里,而90年代我们的测控通信能力只能达到6万公里,当时地面的天线大概只有几米左右,所以只好作罢。
所以那个阶段的中国航天仍然主要是地球卫星发射。
1986年的冬天特别冷,遥测所的普通工程师吴伟仁发着高烧。“吴工,你能否赶快去一趟太原,那儿设备出了点问题。”单位领导到他病床前不好意思地和他商量。当时太原正在发射卫星。妻子怕高烧中的他出事……可他还是坚持带病出发了。躺在大卡车里,下面铺着两床被子,和一翻身会嘎吱作响的泡沫,上面盖着两床被子,旁边放着设备。偶尔掀起卡车后边的帘儿透透气,就会感到风割得脸生疼,路过杨六郎和穆桂英大战的雁门关时,真是又渴又冷又饿,一量体温将近40℃……车开了一天一夜,终于到了山西省忻州市苛岚县的发射场,对外叫太原发射中心。
而另一次他连续吐血不止,是因为长期超负荷工作。直到回老家休养了一段时间,才慢慢止住。
20世纪80年代末90年代初,我国首套计算机遥测系统问世了!吴院士带领他的团队,为推进我国航天遥测技术赶超世界先进水平做出了重大贡献。为了研制这套系统,他们常常在实验室里几天几夜不出来,因为试验测试不能中止。
20世纪90年代中期,长征二号捆绑式火箭研制成功,简称“长二捆”,就是一个主火箭外部捆绑有四个助推器,火箭推力由此大幅提高。研制“长二捆”的目的是开展载人航天工程。乘由“长二捆”运载的神舟五号飞船,杨利伟成为中国进入太空第一人。
为验证“长二捆”的能力和可靠性,这时又论证了一番能否用它将卫星送上月球。经过一段时间论证,结论仍是“难以实现”,还是卡在测控通信上。第一个是距离近40万公里,太远了,第二个是要研制大口径的地面天线和测控网,第三个是需要全球布站,这大概需要人民币十多亿元,国家当时确实没有那个财力,所以这个美好的设想又只好作罢。
1998年,国务院机构改革,组建了新的国防科学技术工业委员会,负责国防科技工业六大军工行业——核工业、航天、航空、兵器、舰船、电子的行业管理。他被调任国防科工委科技司,先后担任科技司副司长、司长、研究员、博导、国家科技规划论证专家组副组长、国防科技中长期规划论证办公室主任。
2000年后,时任国防科工委副主任兼航天局局长的栾恩杰提出并牵头组织论证把探测器送上月球的议题。作为规划论证的牵头部门主管司长,吴伟仁密切配合局长,开展相关工作。那时,他在遥测领域的成绩已经获得了业内公认,他牵头研制的遥测系统先后获国家科技进步一等奖和国家科技进步特等奖。而当时论证的探月最大难点就在测控通信上,作为遥测专家的他认为国家已经具备发射探测器到月球去的能力。
但是有些人提出“到月球去干什么”这个问题。
针对这一问题,为了促成“探测器去月球”,在栾恩杰的领导和大力支持下,吴伟仁组织召开了两个会议,一是2001年在哈尔滨工业大学召开了第一次深空探测的学术年会,结论是我们国家有这个能力。这一次参会的只是国内专家,还不能代表国际上对国家的印象,所以2002年又在青岛召开了一个国际研讨会,有来自美国、欧洲、加拿大、日本的自然科学家,还有经济界和社会科学界的专家学者,大家一致认为中国应该搞月球探测了。
利用科工委行业引领平台,为了促成和推动深空探测,他组织做了“五个一”工作:一是构建了国内第一个深空探测研究团队;二是组织召开了第一次深空探测国际学术会议;三是成立了深空探测专业委員会;四是创办了一份深空探测学术刊物;五是主编了《奔向月球》专著。这些工作为我国月球探测立项起了重要推动作用。
这期间,一些科学家也给党和国家领导人写信建议,说我们的邻居印度和日本都已经开始探月,中国也应该有能力、有条件开展这方面工作,它可以带动很多方面科学和技术的进步,得到了当时朱镕基总理的大力支持。
三、探月工程正式实施
2004年1月23日,猴年的正月初二,温家宝总理正式签署批准了中国探月计划。
同年2月,国防科工委公开宣布,中国探月计划已进入实施阶段,专家们制订了探月15年大规划,即“绕、落、回”三步走战略,“绕”即三年内,到2007年,实现中国卫星绕月飞行的一期工程;“落”即一期工程之后6年内,到2013年,实现中国探测器软着陆于月面和进行巡视探测的二期工程;“回”即2020年之前,实现月面采样返回的三期工程。
首次绕月探测工程的总指挥是栾恩杰院士,总设计师为两弹一星元勋孙家栋院士。经过3年多的研制,2007年10月24日,嫦娥一号成功发射,圆满实现绕月探测,为探月工程的后续发展积累了经验。
从2004年温家宝总理正式签批文件的那个正月初二到现在,15年过去了,在探月工程之前,我国在地月空间和深空领域的实力很弱,被部分发达国家看不起,因为我们缺少原创性科学成果、缺乏第一手的原始科学数据和资料。2000年前后在深空科学方面,很难听到中国科学家的声音,我们的空间科学家往往只能用别人二手、三手乃至四手的数据。探月工程实施15年来带动的一系列技术进步和科学发现,让中国的空间科学家现在去欧洲、美国交流,可以和别人平起平坐,充满自信。可以说,虽然我国的探月工程起步晚但起点高,经费投入少但科技产出多,发射次数少但成功率高。15年来中国探月整体水平和能力快速发展,在世界探月领域正从“跟跑、并跑”走向部分“领跑”,有力提升了我国国际地位。
我国共完成了5次月球探测任务,实现了100%的成功率。嫦娥一号于2007年实现绕月探测,成为我国继东方红一号卫星和神舟五号飞船之后航天发展的第三个里程碑,实现了中华民族飞天揽月的千年夙愿;嫦娥二号2010年于世界上首次实现“一探三”,用一颗卫星对月亮、日地拉格朗日L2点和小行星进行了探测;嫦娥三号于2013年在月球表面实现软着陆,其落月点被命名为“广寒宫”,五星红旗第一次在月球上熠熠生辉,习近平总书记称嫦娥三号为货真价实的中国创造;2019年1月3日,嫦娥四号实现了人类航天器首次在月球背面软着陆,玉兔二号月球车于全世界首次在月球背面刻上中国足迹,创造了人类探月史上又一新的里程碑,月球再次成为全球高度关注的热点。
从嫦娥二号起,吴伟仁接替孙家栋被任命为探月工程总设计师,出色完成了后续的探月各项任务,特别是嫦娥四号取得了前所未有的成绩和巨大的国际影响力。除此外,他还牵头开展了多项月球与深空探测规划的论证,为深空探测可持续发展奠定了基础,2015年,他当选为中国工程院院士。为了表彰他对我国科技发展做出的杰出贡献,2019年10月何梁何利基金评审委员会授予了他“何梁何利基金科学与技术成就奖”的巨大荣誉,使其成为获此奖项的第39位杰出学者。以他对我国航天科技发展做出的贡献,这一殊荣他当之无愧。
嫦娥一号:中国探月“零的突破”
那一天是2007年10月24日,作为探月工程的推动者和参与者,他和所有人一样屏息盼望着18:05这个时刻的到来,心情既兴奋,又焦虑和高度紧张,因为这一刻意味着中国探月工程在历经1000多个日夜的攻关、攻坚之后,将迎来决战的一瞬!中国探月工程能否实现从无到有“零的突破”,能否圆满完成三步规划的第一步——“绕”月,能否实现中华民族飞天揽月的千年夙愿,这一刻有着莫大的意义。
18:05,这一刻终于到了!长征三号甲火箭带着骄傲的呼啸直冲云端,嫦娥一号在西昌基地成功点火发射,并在11月5日顺利进入200公里环月轨道,为时12小时的绕月飞行,标志着中国有了自己的第一颗绕月卫星。这一刻,所有的人都松了一口气,时任探月工程总指挥的栾恩杰和总设计师的孙家栋,更是欣慰地笑了。
不仅如此,嫦娥一号还获取了120米分辨率的全月球立体影像图,而此前的40多年里,人类向月球发射了100多个探测器,却没有一个探测器拍出哪怕一张三维月球全图。嫦娥一号传回的这张图,没有小时候妈妈讲的嫦娥、玉兔和月桂树,只有月球高地的真实影像,分布着不同大小、形态、结构和形成年代的撞击坑,却令从小爱听月亮故事的吴伟仁特别兴奋。
嫦娥一号还探测到月球表面14种元素含量和物质分布特点。2009年3月1日它受控撞月,在轨工作494天,实现了38万公里的远程测控通信,掌握了绕月探测技术,初步构建了月球探测的航天工程体系,成为我国继东方红一号卫星和神舟五号飞船之后航天发展的第三个里程碑。
嫦娥二号:世界首次“一探三”
嫦娥一号传回立体的高清月面图了不起,2010年发射的嫦娥二号则更强大得多:一是速度之快,嫦娥一号12天到达月球,嫦娥二号只用了5天。二是距离之近,嫦娥一号是在200公里的环月轨道运行,嫦娥二号的环月轨道则先是100公里,然后降轨到15公里,对嫦娥三号预选着陆区进行了详查。三是精度之高,既然轨道更近,当然测量精度更高,嫦娥二号搭载的相机对月成像在100公里的高度时分辨率优于10米,在15公里高度时达到1.5米;以前嫦娥一号用了一年多,传回来120米精度的全月图,嫦娥二号只用了三个月,就把7米精度的全月图传回地球,因为它采用的无线信道数比嫦娥一号时增加了四倍。
作为嫦娥一号的备份星和嫦娥三号的先导星,嫦娥二号如此快就拿到了月球高精度数据,快速圆满地帮嫦娥三号探了路,察看了嫦娥三号将要软着陆的月球虹湾地区的地形地貌,完成了自己的分内任务,当时,作为总设计师的吴伟仁就提出了一个大胆的想法:让嫦娥二号从月球去日地拉格朗日L2点进行探测。最终,它实现了“一探三”,就是用一颗卫星对月球、日地拉格朗日L2点和小行星三个目标进行探测,这在世界上是首次,它的分内任务——探测月亮,只是最后实现的“一探三”中的“第一探”。
嫦娥二号是2010年国庆发射的,这是他担任探月工程总设计师以来的首发任务,从他被任命的那一天起,他就知道,自己需要对负责嫦娥二号任务的火箭、卫星系统的近10万个元器件、近10万米电缆电线、4800多条焊缝、几百个火工品负责。除了运载火箭、卫星系统,中国探月工程还包括发射场系统、测控系统和地面应用系统,这五大系统的每一个技术细节他都不能掉以轻心。
不仅如此,他还一直绞尽脑汁,尽可能地让嫦娥二号能够创新、创新、再创新,而不是仅仅满足于嫦娥一号备份星的定位,所以他提出了非对称降轨的方法,实现15公里近距离对月详查,打破了传统的思维方式,得到了1.5米分辨率的局部高清月面图,将嫦娥三号落月点的情况了解得一清二楚,这在以前是不可想象的。
让嫦娥二号当一个优秀的开路先锋,为嫦娥三号探路,他仍不满足。他还有一个“野心”:就是让嫦娥二号去探测更远更神秘的深空。
为何要选择日地拉格朗日L2点进行深空探测呢?日地拉格朗日点是指卫星受太阳、地球两大天体引力作用,能保持相对静止的点,由法国数学家拉格朗日于1772年推导证明出,共有5个。其中L2点位于日地连线上、地球外侧约150万公里处,在L2点卫星消耗很少的燃料即可长期驻留,是探测器、天文望远镜定位和观测太阳系的理想位置,在工程和科学上具有重要的实际应用和科学探索价值,也是国际深空探测的热点之一。
这在当时是很大胆的想法。我国曾有人提出要专门发射一颗卫星,从地球去日地拉格朗日L2点探测,但提了十几年,一直没能付诸行动。以前美国和欧洲的探测器曾从地球到过日地拉格朗日L2点,但探测器从月球到日地拉格朗日L2点,对于人类却从未有过,因此怎样从月球逃逸出来,轨道怎样设计,都需要特别精确的计算,一旦出问题,他是难辞其咎的,所以一些专家出于好心,提出一些质疑和反对,他们担心这样做的技术风险太大。
况且那一段时间正值太阳活动高峰年,国际上的科学家经过多年研究得出结论:太阳活动经过11年的平静期会进入一个高峰年,这时候太阳黑子或者太阳耀斑的爆发达到高潮,可能会导致地球上的电力故障和无线电通信中断,以及在海上航行有可能接收不到信息。太阳黑子或者太阳耀斑的爆发时间很长,且影响是随机的,这又给探测日地拉格朗日L2点加上了一层风险。
但吴伟仁觉得,中国毕竟是个发展中国家,一定要尽量以最少的錢办最多的事,站在为国家节约经费的角度,如果能够从月球直接去日地拉格朗日L2点就好了。而且在太阳活动的高峰年,在日地拉格朗日L2点可以测到“伽马暴”等平时测不到的数据,取得太阳活动诸多方面的科学成果,是一个非常难得的机会,这都坚定了吴伟仁决定探测器从月球直接去拉格朗日L2点的决心。
事实证明他提出的方案和设想是正确的,嫦娥二号于2011年8月,飞抵距地球150万公里的日地拉格朗日L2点,开展了环绕L2点的空间探测,发现了太阳风加减速等现象。这也是世界上首次探测器从月球直接到这里。至此,嫦娥二号实现了它的“第二探”。
嫦娥二号完成的“第三探”,是在几个月后的2012年12月,飞抵距地球700万公里处,实现了与4179号小行星的飞越交会探测,然后在回眸一笑中首次获得了该小行星的高清图像。
为什么要去探测小行星呢?美国和联合国曾总结出20种对地球影响最大的灾难,包括地震,海啸,瘟疫,和大规模疾病灾害等,其中排在第一位的就是小行星撞击地球,比如恐龙的灭绝,科学界经过研究,认为是缘于5000万年前,有一个直径约10公里的小行星撞击地球,使之后若干年地球都处于尘埃之中,见不到阳光,空气稀薄,导致恐龙等大型动物难以生存而灭绝。小行星对人类的威胁如此之大,显而易见探测它有重要科学意义。
在火星和木星之间,有一个小行星带,有很多小行星,国际天文界对这些小行星进行了编号,这些有编号的小行星据说有100多万个。其中的4179号小行星英文名字叫图塔蒂斯,其名来自于西方凯尔特人神话中的“战神”。
为什么要去探测这颗编号为4179的“战神”图塔蒂斯呢?因为它性情十分乖张,曾经在1934年被观察到之后,就消失了几十年,1989年才又被发现,现在它基本上每4年出现一次,最近的一次距地球只有40万公里,而且它是随机的,这就被科学界认为是对地球潜在威胁最大的一颗小行星,更耸人听闻的是,这颗乖张的“战神”,我们的科学家发现它时,它在距地球2.3亿公里的地方,2012年12月12日,它却4年一次地出现在了距地球几百万公里的地方,于是很多网友恐慌地问:它莫非想赶在2012年12月21日清晨到达地球?!要知道电影《2012》中,地球的大灾难正是缘于小行星撞击地球!
难道它就是诺特丹玛斯预言中那颗会在2012年12月21日令地球毁灭的小行星?
现在2012年已经过去了,那个有关世界末日的预言已不攻自破,但嫦娥二号的科研团队对这颗小行星进行观测的决定,却开创了人类对该小天体进行观测的历史。
当时,某大国得知中国将探测图塔蒂斯小行星的信息后,关闭了其本来开放的轨道数据图,这让中国的科研团队有些被动,但是决定也不能收回,作为总设计师,吴伟仁提出并组织中国国内多个天文台站,联合对这颗小行星进行观测,后来在距离地球2.3亿公里的地方发现了这颗小行星,然后中国的科学家就在地面天文台用大型光学望远镜对它进行连续的曝光,曝光时间达20多分钟,逐渐逼近,最后精确地推算出这颗小行星的轨道数据。然后,探月工程团队就在离4179号小行星700万公里的地球上,控制嫦娥二号去和它交会。
嫦娥家二女儿将正式邂逅不羁的“战神”图塔蒂斯,而且还要在回眸的刹那,拍下他的照片!这确实非常激动人心,因为这是中国乃至全世界第一次观测到该小行星,而且是这样一位乖张不羁的“战神”。但这又非常难,于700万公里之外控制嫦娥二号去和小行星交会,就像是用一支步枪射击10公里之外一只飞行中的苍蝇的眼睛,用科学术语说,就是必须实现超远距离高精度的控制。
它要求要非常精确,一是要把“战神”这颗小行星的轨道算得非常精确,二是要把我们的卫星嫦娥二号从日地拉格朗日L2点到“战神”的轨道算得非常精确,而且不能撞到它,否则把这个轨道撞偏了,国外会说我们的嫦娥家二姑娘太鲁莽,破坏了该小行星的轨道,但又要观测到它,非常难。吴伟仁最终决定采用“回头看”的方法凝视成像。于是就在离“战神”3公里的地方,嫦娥家二美女对不羁的“战神”回眸一笑,在这四目相对的交会中,“咔嚓咔嚓”连续拍下了多张“战神”分辨率3米的高清图像。
它的意义不仅仅是探测小行星,也意味着中国在深远空间对卫星控制的精度达到了前所未有的水平。
为了探测这颗不羁的小行星,更为了发展中国的月球探测,及更远的太阳系深空探测,吴院士带领团队论证提出并推动建立中国的深空测控网,即在佳木斯、喀什、阿根廷共研制建设了3个探测站,佳木斯的天线口径66米,喀什和阿根廷的天线口径35米,都像口大锅。其中佳木斯探测站和喀什探测站位于北纬40多度,阿根廷探测站位于南纬40多度,这样就可以说建立了一个全球均匀布站的中国深空探测网,这也是继美国、欧洲之后的全世界第三个深空测控网,这使我国具备了对火星、木星和太阳系探测的基本能力,为我国以后的火星探测和更远的太阳系探测奠定了基础。
而说到在佳木斯建设探测站,探月工程计划在2012年10月15日进行嫦娥二号和4179小行星的交会,必须使用66米佳木斯深空测控站,以精确测量小行星和探测器的交会过程。
但以當时深空站的研制建设进度,无法保证此次任务实施。他及时与深空站承研单位沟通协调,无数次优化研制流程,制订周密的工作计划,并亲自到近-30℃的佳木斯施工现场办公,协调解决研制短线问题。终于在嫦娥二号卫星与小行星交会前5天,完成整个工程建设。为小行星交会探测创造了条件,提供了保障。其实,一直以来,他都是这样,一旦认准了一个工作目标,就会义无反顾地坚定完成。
目前,嫦娥二号已成为我国第一颗也是唯一一颗绕太阳飞行的人造行星,创造了中国航天器数亿公里的最远飞行纪录。而它一次实现“一探三”,为国家至少节省了一箭一星,如果算经费的话,至少节省20多亿。面对这里面存在的非常复杂的工程和科学问题,特别是深远空间的测控通信难题,吴院士带领大家一个一个攻克,国外专家评论说中国把嫦娥二号的功能创造性地发挥到了极致,展现了我国的综合实力,使我国从40万公里月球探测跨越到数亿公里的深空探测,所以从这个意义上说,吴院士和他的团队是我国深空探测的开拓者。
嫦娥三号:月球精准软着陆探测
嫦娥一号、嫦娥二号曾流连在月亮身边,它们实现了探月工程“绕、落、回”三步规划的第一步——“绕”月。嫦娥三号,则要真真切切地“落”在月亮上面。
在中国的嫦娥三号真真切切降落在月球表面之前,世界上只有苏联和美国做到了这一点。不同于印度月球着陆器在月球上失联、坠毁,引发举国悲伤,更不同于苏联连续失败了10多次,才终于着陆成功,中国一次就成功了!嫦娥三号非常聪明地避开了大大小小不少月坑,其中包括一个直径20米、深2~3米的大坑,于几百秒之内安全降落在了这个坑旁边预选的月面着陆区。
它为什么这么聪明?其实是因为离它40万公里的地球上的探月团队聪明,是他们越过40万公里的距离,指挥着嫦娥三号悬停、避障,自主导航与控制。要知道月球是一个没有空气的地方,重力只有地球的1/6,所以不能采用降落伞、利用重力降落,只能用火箭反推,还要用发动机来控制速度,因为如果这个推力过大,可能会撞到月球,推力过小,则有可能一滑,成了“绕”月而不是“落”月,印度的月球着陆器失去控制,很有可能就是推进系统出了问题。可见整个动力系统和控制系统的准确控制非常重要,这里面包括速率陀螺、加速度计和其他一些陀螺技术的运用,就连美国的阿波罗号载人登陆月球,也是用宇航员的肉眼判断地形。像中国的探月团队一样,在距月球40万公里的地方遥测遥控掌握一切的,世界探月史上绝无二例。
这种自主控制精度要求非常高的着陆方式叫“软着陆”,在中国自然也是首次。嫦娥三号一次着陆成功,为我国节省了数亿经费,更让世界对中国刮目相看。
但是“落”本身还并不是目的,精准着陆之后,我们聪明可爱的小白兔——玉兔号月球车,作为嫦娥三号的巡视器,还要像去远方探索的孩子一样,和它的妈妈——着陆器分离。整个过程是这样的:2013年12月2日嫦娥三号成功发射,13天后在月球西经19.5度、北纬44.1度的虹湾区精准着陆,然后着陆器就稳重地驻扎在了虹湾区不再移动,开展就位探测,玉兔号月球车则在与着陆器互拍照片之后,离开了它的妈妈,行使它巡视器的使命。在这个没有空气、只有地球1/6重力的地方,这只可爱的小兔子慢慢地、小心地移动着,它非常聪明,会自主避障,还会用自身携带的相机和探测仪,记录和搜集月面的各种数据。
到了夜里,月球的温度从白天的120℃降到了-190℃,温差高达310℃。嫦娥三号的着陆器会怕冷吗?巡视器,也就是那只聪明的小玉兔呢?它又是否会怕冷?对这,40万公里之外地球上的探月团队早有安排:取暖的热源是放射性同位素,嫦娥三号的外表还用了一种多层隔热组件材料,可双向隔热,就像随身携带一个空调。
机灵的玉兔也生过病,为了保证成功实施发射,发射前,吴伟仁发动大家开展回想和事故预想,为嫦娥三号任务制定了290多个故障预案,但是因为月球上310℃的温差,小玉兔的表面出现了剐蹭,电缆短路了,吴总师和他的同事们非常心疼、紧张和着急,他们住进北京航天城的内部宾馆,每天加班到晚上三四点,平时他长期坐着加班,本来就有腰椎间盘突出的毛病,这一次,有一天半夜回房间时,疲倦得睁不开眼,摔了一跤,额头上摔了个坑,腰也摔坏了,之后腰动不动就疼得厉害。
如今,最高分辨率7米的全月图已在世界航天的赛道上领跑8年;地球周围等离子体层变化规律的发现,令全球钦佩于中国智慧;一部古老的月球演化史,就藏在中国获得的国际首幅月球正面和背面地质剖面图中;关于氦-3、铀元素的地质分布,国际同行信赖中国数据;获得大量月球地质、环境、形貌等原始科学数据,让我国科学家不再只能依赖别国二手、三手数据,让我国空间物理、空间天文、行星科学等基础学科大步向前,让中国在世界探月俱乐部里越来越成为中心人物。
“天河基地”,全月球仅有的两个基地之一,和27个以中国元素命名的地名,在古老、浩渺、神秘的月宫,闪耀着来自东方的光芒,向世界彰显着东方大国独有的话语权和影响力。
正如美国的曼哈顿计划促成了原子弹的快速面世,阿波罗工程的实施使美国科技实力和综合国力大幅提升,探月工程的五战五捷,让中国正在从航天大国迈向航天强国,民族凝聚力快速增强,民族伟大复兴的中国梦正在变成现实。随着工程的成功实施,形成了“追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”的探月精神。党中央、国务院、中央军委致电祝贺,充分肯定了这16个字所体现的具有当代特点的探月精神。
而这16个字,对于吴伟仁总设计师来说意味着什么呢?
新型举国体制
吴总设计师觉得,这16个字首先意味着党中央的正确领导,意味着他永远也无法忘记的那些激动人心的时刻:探月工程被批准立项,被列为国家重大科技专项,跨部门、跨行业、军民结合的工程领导小组被批准组建,更有在工程实施的关键环节,总书记和中央领导亲自听取汇报,亲临现场指导,亲切接见参研参试人员代表并发表重要讲话,极大激励和鼓舞了工程研制队伍。
在党中央的重视下,让工程顺利实施的新型举国体制建立了起来。探月工程技术挑战多、实施难度大、任务风险高,是一项复杂的大系统工程,只有新型举国体制下的“集中力量办大事”,才能让探月工程得到政府政策和财政的有力保障,以及社会的广泛支持。全国航天、电子、核等工业部门,中科院,教育部所属高校,战略支援部队等2000多家单位近10万名科技工作者参加研制;通过竞争择优,广泛吸收优势民营企业参与,激发了多方创新创造的活力;从设计、生产、试验到发射和在轨运行,技术的每一次突破、工程的每一步跨越,都是各领域各部门大力协同、攻坚克难的结果,充分体现了新型举国体制的制度优势。
创新是探月之魂
探月精神的16个字,还意味着创新。
当哥伦布从欧洲的港口起航,没人知道他会发现一块新大陆,当莱特兄弟从自行车修理间制造出“飞行者一号”,没人知道蔚蓝色的天空会迅速成为人类的活动疆域。创新这两个字对于人类,有时意味着风险,有时意味着牺牲,但更多的时候,它是用希望之光照亮人类的那一柄必不可少的火把。
而对于吴伟仁总设计师来说,尽可能稳妥地创新,建立在不懈的科学论证基础上的创新,则是自己肩上沉甸甸的不可推卸的责任。因为我国探月工程起步比美苏晚了近50年,所以必须立足国情,瞄准世界前沿,走高起点、低成本的创新发展道路。
15年来,探月团队一是坚持系统创新,科学制定了环绕、着陆和采样返回的“三步走”15年规划,三步中每一步都是有效衔接,又是重大的技术跨越,每一次任务都达到了国际先进水平,嫦娥四号更是实现了领跑。二是坚持技术创新,立足当代水平,合理制订有特色的工程目标和科学目标,强化顶层设计,狠抓核心关键。比如嫦娥二号一次任务实现3个目标探测,在国际上没有先例;相比于苏联连续多次着陆失败,嫦娥三号一次就取得着陆成功。三是坚持管理创新,持之以恒地强化“如临深渊、如履薄冰”的风险意识,自始至终地保持“严慎细实”的工作作风,严格质量和风险管控,瞄准影响成败的关键环节开展风险评估,每一次任务发射都制订数百项故障预案,“首次有百倍的信心,百次用首次的标准”,正是这些措施保证了探月工程的连续成功。四是坚持开放合作,打开了以我为主、多个发达国家积极参与,开展高科技合作的新局面,特别是嫦娥四号搭載了德国、瑞典、荷兰等多个国家的科学仪器,实现了数据共享,联合研究,取得了很好的国际影响。
勤奋、奉献、团队
探月工程的成功秘诀,在吴总设计师看来,还是每一次发射时准备的几百个故障预案;是他数不清的放弃国内外优厚待遇诱惑的同事;是每次发射时,在部队旁边待命,随时准备对超负荷、超强压力下的探月工程团队实施急救的医务人员;是我国第一颗同步通信卫星发射成功时,钱学森跟总指挥说的那句话:什么时候最幸福,完成了党和国家交办的任务时最幸福;什么时候最光荣?完成了党和国家交办的任务时最光荣。
这16个字,还是他最喜欢的那首歌。
那首歌,叫《祖国不会忘记》,写大漠深处的航天人,中宣部曾郑重地向全国推荐。多少次节日,无数个场合,舞台响起这首歌的时候,很多航天科学家都会忍不住在下面抹眼泪。
“在征服宇宙的大军里,那默默奉献的就是我,……在通往宇宙的征途上,那无私拼搏的就是我,……不需要你歌颂我,不渴望你报答我,我把光辉融进,融进祖国的星座。”
四、飞向未来
“嫦娥五号在月球正面采样成功后,嫦娥六号就会到月球南极去采样。”说到这里,坐在会议室椅子上的吴伟仁总设计师眼里放出了灼灼光芒。
“通过探月工程一期、二期、三期的成功实施,载人登月的大部分关键技术就都得到了验证,未来将只是规模更大的问题,就是火箭的推力更大,飞船的容量更大,等等。”
坐在我对面的吴伟仁,脸上露出了宽慰的微笑。
而我知道这个此时脸上带着笑容的年逾花甲的科学家,身体中也正带着很多和中国探月工程一起长大的病痛:心血管堵塞了90%以上,做了心脏支架,腰椎间盘突出,肾结石,高血压……
他额头上一个明显的小坑,是嫦娥三号时摔成那样的,他笑称,这是嫦娥留给他的小小的纪念和对奋斗岁月永久的回忆。
而让他突然陷入刹那的沉默的,是我问起他的父母。“他们白养我了啊,两个人走时我都不在身边。”说完这句話,这位从大巴山来到北京,从事了一辈子航天事业的六旬科学家,脸上的笑容一下子被阴霾替代,短暂的沉默中我看见他脸上的肌肉轻轻地抖动了一下。
是啊,“父母在,人生尚有来处,父母去,人生只剩归途”。
母亲去世是1998年,心脏病,母亲的忌日10月6日,恰好是嫦娥二号进入环月轨道的那一天,所以嫦娥二号幸福地靠近月球的那一天,吴总师的心情最为复杂。父亲去世则是2008年汶川地震那几天,当时,他正在灾区参与抢救一些重要设备设施,没有第一时间赶到家,没能看到父亲最后一眼。这对他是永远的痛,一想起这,坚强如他,也显得那么无助。
“下一步我们将在月球南极建科研站,主要是嫦娥七号、八号,这也是探月的第四期工程,现在已经论证了3年,目前正在走程序报批。”作为探月工程第四期工程论证组组长的吴院士,前几秒还陷入痛苦中,一说到探月工程和航天事业未来的发展,脸上的阴霾又仿佛被一阵清风驱散。
“它的主要特点是长寿命工作,我们的探测器现在的设计寿命是半年或者一年,而嫦娥七号、八号将在月球南极工作七八年。那时将不只是探测,还将利用资源,即在南极找水,建基地,进行3D打印,还有可能在那里利用月壤建房。
“我们提出在月球南极建科研站之后,欧洲航天局也宣布要在月球南极建立‘月球村,俄罗斯也要在月球南极建基地,美国更是宣布将不惜一切代价,把美国宇航员送上月球南极。
“月球也可以作为一个中转站,以后也可以从月球起飞到其他星球,比如火星。火星的环境条件比月球好一些,不像月球那么恶劣,它上面有空气,而且它每两年围绕太阳转一圈,所以它上面有四季,它的情况跟地球比较类似,所以人类的火星探测是一个重要的追求,因为人类有可能长期居住于其上。但是火星离地球更远,最远的时候是4亿公里,最近的时候7000万公里左右。”他说。
随着嫦娥五号从月球采样返回,发射第一个火星探测器等标志性工程的实施,我国将跻身于世界航天强国行列。预计未来10多年后,月球南极将出现中国主导、多国参与的月球科研站,中国人的足迹将踏上月球,我国将迈入世界航天强国前列。
而关于太阳系探测,目前他正组织一批专家进行前期论证,提出了一个目标,叫“双100”,就是希望在新中国成立100周年的时候,我们的航天器能够飞行到100个天文单位之外,也就是飞越150亿公里到日球层,若干年后,我们就将进入星际空间。所谓星际空间,就是冲出太阳系,进入银河系。
在吴伟仁总设计师看来,航天工程,特别是探月工程,是一项伟大而高风险的事业。他带领整个探月团队取得了迄今为止的这些成就,虽然有他个人的努力,但更让他感怀和感恩的,是中国航天奋斗史上一代代的接力与传承,航天前辈钱学森、孙家栋、栾恩杰等为代表的老一辈科学家打下的坚实基础,新型举国体制的大力支持,一直和他并肩战斗的勤奋、奉献、绝不掉链子的嫦娥团队。他更感谢中华民族伟大复兴时代带来的机遇,感谢各种社会力量、社会资本的参与和支持。
600年前,我们拥有世界上最强大的船队,但最终却放弃了海洋,因此我们不能再失去太空。世界航天100年,中国航天发展60年,航天深刻地改变了人类的生产生活方式和对宇宙的认知,今天我们从月球起步,无法想象100年后又将会到达哪里,取得怎样的辉煌成就!
吴伟仁平静而坚定地说,他和他的同事们,将继续为人类和平利用太空、推动构建人类命运共同体贡献更多中国智慧、中国方案、中国力量。
责任编辑 赵文广
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