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第24章 嫦娥一号(1)

$为了共同梦想而努力

2004年,被称为绕月探测工程的开局年。这一年先后完成了发射场系统总体技术方案制订、测控系统总体设计方案制订、地面应用系统设计方案制订、卫星系统的方案设计和运载火箭系统的初步研究,并开始进行一系列关键技术攻关。

这也是欧阳自远最为忙碌的一年,作为探月工程首席科学家,一系列关键技术攻关都需要他的参与。时间紧张,欧阳自远恨不能把自己分身成无数个,对每一个攻关项目都能够亲力亲为。常常,每个晚上只能睡三四个小时,即便这样,欧阳自远还觉得自己太浪费时间。随着一个个关键技术攻关成功,欧阳自远的头发也白得越来越多……

2005年,是绕月探测工程的攻坚年。这一年主要以质量可靠性为中心,全面展开初样研制与试验,进行系统间接口协调和技术攻关,工程的技术风险逐渐化解,系统间接口关系得以明确,各系统技术状态得以确定。

这又是一个让人殚精竭虑的一年,欧阳自远的身影穿梭在各个对接试验城市之间。飞机成为他休息的惯常之地。

2006年3月24日,在北京召开绕月探测工程第三次工作会暨决战动员会上,中国绕月探测工程总指挥栾恩杰宣布:2006年是中国绕月探测工程的决战年,年内卫星、运载火箭系统要完成正样飞行产品的生产研制,发射场、测控、地面应用系统完成系统的集成、联试,具备执行任务的能力。

6月18日,出席第四届中国·福建项目成果交易会的中国绕月探测工程副总设计师龙乐豪院士在福州表示,绕月探测工程目前进展顺利,嫦娥一号已完成方案与初样设计工作,正样正在按原计划进行研制中。计划于2007年4月底前发射,这是权威人士首次在公开场合透露卫星上天的时间。

7月8日,国防科工委秘书长、新闻发言人黄强宣布,经中共中央、国务院批准,中国月球探测一期工程绕月探测已于2004年1月正式启动。经过几年来的精心研制,中国第一颗绕月探测卫星嫦娥一号计划于2007年内发射升空,拉开月球探测工程的大幕。

黄强还介绍,嫦娥一号月球卫星将在进入绕月轨道后,于距地球38万千米之外的遥远太空,即相当于当年“东方红一号”地球卫星距地面数百倍的距离外,向地球传回一组优秀的中国乐曲。为此,国防科工委月球探测工程中心提出150多首建议歌曲,在全国范围内公开投票并结合专家推荐、评选,最终在10月份选定30首曲目。

值得一说的是,在这150多首建议曲目中,自然有红色经典《义勇军进行曲》《东方红》《红旗颂》等,引人注目的却是梅兰芳的《贵妃醉酒》、黄梅戏《夫妻双双把家还》、昆曲《游园惊梦》等传统戏曲选段,富有地域特色的《青藏高原》《跑马溜溜的山上》《茉莉花》,经典流行的《祝你平安》《同一首歌》《让世界充满爱》等等民歌呵气如兰、飘荡宁馨、大气柔婉的通俗歌曲也在建议曲目之中。

7月21日,在北京举行的第三十六届世界空间科学大会上,欧阳自远做了报告:嫦娥一号所担负的四大科学任务的卫星有效载荷均已交付,它们共7种,分别是用于月球表面三维影像探测的CCD相机和激光高度计,用于月表化学元素与物质探测的成像光谱仪和伽马/X射线谱仪,用于月壤特性探测的微波辐射计和用于地月空间环境探测的太阳高能粒子探测器和太阳风粒离子探测器。

万事俱备,只欠东风。

$征途绝不平坦

在月球探测工程上,我国现有的“长征”系列运载火箭已具备了发射卫星的能力。但是,以运载能力为例,美国、日本、俄罗斯和欧洲航天局的运载火箭的运载能力都超过了我国,其中最大的推力达到了二十六七吨。而我们的火箭能够送到月球的重量,包括燃料在内,不超过4吨。要想实现载人登月,必须首先保证人能够安全返回,人才是第一位的。为了这一目标,登月时不仅要带上发射时用的东西,还要带返回时用的东西,在当今的技术条件下,这些东西加起来重量起码在30吨以上。

虽然“长征”系列运载火箭的发射成功率超过了90%,但是该系列12种型号的运载火箭只进行了70多次的发射,平均每种运载火箭6次左右,发射次数还太少。而且,目前“长征”系列运载火箭使用的助推剂是四氧化氮和偏二甲肼,这些推进剂有一定的腐蚀性和毒性,不利于环境保护,国外现在都已经开始使用氢氧、煤油等清洁助推剂。因此,运载火箭的运载能力、可靠性和环保指标等问题,都将有可能影响到中国航天事业的国际竞争力。

在研制卫星及卫星轨道的设计上,我国已取得了丰富的技术积累和经验。在此次嫦娥一号奔月过程中,必须进行2—3次的轨道修正,以便及时观察卫星的轨道运行情况,如有差异,就得马上修正。其中最为关键的是,当卫星进入月球引力区时,要对卫星进行适时“刹车”,由其被月球引力捕获。倘若“刹车”晚了,就得撞到月球上去,而“刹车”早了,则会飘向太空。这是一项非常核心的技术,经过反复地设计与核算,我国科学家突破了这项技术难题。

然而,载人飞船与卫星不可同日而语。前者在功能要求、可靠性、技术等诸多方面,都与后者有着巨大的差别,我国在这方面尚无技术积累,经验亦无从谈起。像一张巨幅白纸一样摆在中国科学家和工程技术人员面前的还有,宇航员出舱技术,宇航员在月球表面暴露活动技术,指令舱与登月舱的交会对接技术,这其中也涉及方方面面的大量难题需要解决。

此外,还有专家认为,与将卫星送上月球比起来,更困难的是精确测控技术和数据通信技术。我国现有的测控网是为地球卫星设计的,测控距离和测控精度离月球探测尤其载人登月还有很大的距离。

飞往月球的卫星要与地面联系,并受地面控制,同时反馈信息。地球大约24小时自转一圈,同时月亮27天左右绕地球公转一周。而我国国土所覆盖的时区有限,当我国国土所在的那部分地球表面转到背向月球方向时,将无法观测到卫星。当卫星运行到月球的背面时,地面上也将无法向其发送指令,收不到它发回的信号。还有,地月间38万余千米的距离,即使是无线电波也要走1秒多钟,对卫星的测控必然会出现时间上的延迟。倘若不能保证及时有效的数据上传和下载速率,卫星即使发射成功,也极有可能传不回信息,甚至会失去控制,成为一个飘浮在太空里的废物……

这便是让国际航天界都感到头痛的“遥测瓶颈”。

为了打破这一瓶颈,美国人大动干戈,不计血本,在全球建了三座测控站,除了设在本土加利福尼亚州的一座,还在澳大利亚的堪培拉和西班牙的马德里各建一座,每一座相隔经度120°,以保证总有一个站能观测到卫星。此外,美国还有数座直径为70米、36米和26米的接收天线,已经具备了探测太阳系的能力。

相比之下,在此次嫦娥一号绕月飞行中,我国已在原来用于测控地球卫星和载人航天的USB系统外,再增加了一个名为VLBI的测控系统,该系统主要由上海和乌鲁木齐25米的天线,新建的北京密云50米的天线和云南昆明40米的天线组成。后两个天线是目前我国最大的天线。即使如此,所能观测到的卫星的时间一天里大概只有6—8个小时。为了实现一天24小时观测,还得与国际上联合起来,利用别国的天线共同连接以测定其位置……

从1969年7月16日“阿波罗11号”登上月球算起,到绝对体现了中国人迈向深太空领域并决心拥有一席之地的嫦娥一号卫星发射,已经过去了38年。

对于国人关注的载人登月问题,欧阳自远在第三十六届世界空间科学大会上所做的报告中说——

在今后的10年之内,世界上没有任何一个国家有能力载人登月,这就是现实……

我们中国一次也没有上去过,哪能那么快就能载人登月?

遑论登月,就是在探月阶段,从第一期的卫星绕月探测,到第二期的着陆器与月球车软着陆以精细地探测某一区域,中国已经落后于美国、欧洲、俄罗斯与日本。

最近的一个例子是,2006年9月3日,经过绕月飞行2000多圈,圆满完成各项探测任务后,欧洲航天局3年前发射的月球探测器“智能一号”,以每秒2000米的速度,及与月球表面几乎平行的1°角,在月球上被称为“完美之湖”的火山岩撞击坑着陆。由于这一撞击过程与石片在水面上打水漂相似,英国《泰晤士报》评论说,这次撞击过程是人类历史上迄今最大的一次“打水漂”游戏。“智能一号”以身“殉职”的这最后一撞,为的是在月球表面“撞”出高达19千米的尘埃,以利天文学家们对月球表面物质做进一步的观测研究。

第三期工程是用小型采样返回舱采回月球样品,这部分美国、俄罗斯亦取得相当成果,而中国要进入第三期工程并完成它,怎么样也得花上十几年的工夫。

而且,至今,无人驾驶的探测器,已经访遍了太阳系里的主要的大行星及它们的一些卫星,还有“先锋一号”向着太阳系日球层的边缘一往无前、视死如归地飞去。除了在探月上中国人正在奋起直追外,在其他方面还都是空白。

再有,即使在近地轨道上,在已有的800多颗正在运行的卫星里,美国就拥有400多颗,比其他国家拥有数量的总和还多。俄罗斯有80多颗,中国还不到40颗,几乎与日本相当……此外,中国还没有航天飞机,没有空间站。

我们的欣慰应该远多于豪情,这份欣慰就是,在人类活动的领域又一次向太空拓展的节骨眼上,中国总算挤进了国际太空俱乐部。

全体嫦娥人经过三年多的努力拼搏,各大系统产品已全部完成。发射前的各项工作和发射后的各种准备工作都已全部到位、就绪,工程已经进入了发射的倒计时。作为当代嫦娥人的一分子,欧阳自远相信,这一步已经清晰地告诉世界,中国在未来的深空探测领域,必能开创一个全新的窗口,垦活一片肥沃的土地。

$骄傲的时刻

2007年10月24日,世界的目光汇聚到中国。而欧阳自远的目光紧张地定格在嫦娥一号身上。那是承载了欧阳自远太多梦想、太多付出的“嫦娥”。同时,欧阳自远清楚地知道,那同样是承载了无数国人梦想和付出的“嫦娥”。

嫦娥飞天,只有成功。

24日18时05分,西昌卫星发射中心指挥大厅内紧张有序,各条指挥线各就各位,现场的许多人都屏住了呼吸。调度员的声音清晰有力:“10、9、8、7……3、2、1,点火!”一声令下,长征三号甲火箭托举着我国第一颗月球探测卫星——嫦娥一号在群山怀抱的西昌卫星发射中心,从整修一新的三号塔架点火发射。火箭点火时瞬间爆发的巨大声响震天动地,排山倒海,现场的所有人都被它的威力深深地慑服。发射塔下40米深的导流槽里事先注入的400吨水顷刻间化为一阵白雾。随着火箭的拔地而起,穿越四周的重重群山,穿越厚厚的云层,直刺苍穹。

火箭点火148秒后,火箭一二级分离;第271秒,火箭二三级分离;第1249秒,火箭三级二次点火;第1373秒,火箭三级二次发动机关机;火箭点火24分钟后,星箭成功分离,长征三号甲火箭圆满完成了其历史使命。19时09分,北京航天飞行控制中心宣布,嫦娥一号卫星准确入轨,进入轨道倾角为31°、近地点高度205千米、远地点高度50900千米、周期约16小时的地球同步转移轨道。按照飞行程序,卫星依次展开太阳翼和定向天线,建立巡航飞行姿态,顺利完成发射阶段的各个动作,进入环绕地球的调相轨道段飞行。

这是长征系列火箭的第103次飞行,也是迄今成功率百分之百的长征三号甲运载火箭的第15次发射。长征三号甲再一次用成功宣示它无愧于“金牌火箭”的光荣称号,也把中华民族的探月梦想高高托起。

嫦娥一号卫星的发射窗口是10月24日18时05分至40分之间,火箭必须在这35分钟内发射升空,其中,18时05分又是最佳发射时机。如果发射时间推迟将导致入轨点偏差,而修正入轨偏差需要消耗卫星的推进剂。嫦娥1号卫星的发射与最佳发射时机仅仅误差4.6秒,实现了“零窗口”发射的要求,完成了工程领导要求的准时发射、准确入轨的目标,大大节省了后续轨道修正所需的燃料。这是绕月探测工程卫星、火箭、测控、发射场和地面应用五大系统精心组织、充分准备、保障到位、大力协同、共同努力的成果。

至此,嫦娥一号卫星的发射取得了圆满成功!

欢呼声响彻中华大地,欧阳自远的心却依然紧张地揪着。嫦娥一号进入绕月球200千米使命轨道,才标志着真正意义上的成功。而这期间的任何风吹草动,都可能伤筋动骨,甚至功败垂成。

北京时间10月25日17时55分,嫦娥一号卫星在16小时周期的大椭圆轨道上飞行一圈半到达远地点,北京航天飞行控制中心按照预定计划,向在太空飞行的卫星发出变轨指令,对其实施第一次远地点变轨,目的是抬高卫星的运行轨道,增加卫星测控的覆盖范围。

指令发出130秒后,卫星近地点高度由约205千米抬高到约593千米,第一次远地点变轨圆满成功。这次变轨表明,嫦娥一号卫星推进系统工作正常,也为随后进行的三次近地点变轨奠定了基础。

10月26日17时33分,嫦娥一号卫星飞行至16小时周期轨道的近地点,地面控制人员再次发出指令,卫星上的推力为490牛顿的发动机点火,卫星飞行加速,开始实施嫦娥一号的第一次近地点变轨,也是卫星的第二次变轨。

17时44分,在太平洋上执行任务的远望三号航天测量船根据获得的卫星跟踪测量数据,准确计算出嫦娥一号卫星的运行轨道,卫星顺利进入周期为24小时,近地点高度593千米、远地点高度71600千米的地球停泊轨道,第一次近地点变轨获得成功。

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