嫦娥奔月　亦思凡間

康犖

2020年12月4日，國(guó)家航天局公布探月工程“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器在月球表面展示國(guó)旗的照片。“嫦娥五號(hào)”著陸器和上升器組合體全景相機(jī)環(huán)拍成像，五星紅旗在月面成功展開，此外圖像上方可見已完成表取采樣的機(jī)械臂及采樣器。

2020年12月17日，“嫦娥五號(hào)”成功返回地球，隨之而來的還有將近2公斤的“月球紀(jì)念品”。“嫦娥五號(hào)”月球探測(cè)衛(wèi)星，是我們探月工程“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略的收官之作?！版隙鹞逄?hào)”的主要任務(wù)，就是登陸月球，采集月壤標(biāo)本并帶回地球。

此時(shí)此刻，此次帶回的月壤樣品中的100克正在國(guó)家博物館展出。當(dāng)我們?nèi)绱私嚯x地與這些來自月球的禮物面對(duì)面，被置于特制水晶容器中的月壤似乎在無聲講述著一個(gè)遙遠(yuǎn)的故事，令人無比振奮和為之神往。

古今中外都或多或少地有著一些關(guān)于月亮的傳說，總能引發(fā)人們無限的想象。不論何時(shí)何地，人類從來沒有放棄過對(duì)月亮的探索。第一顆人造衛(wèi)星被成功送上外太空的喜悅，更是進(jìn)一步加快了人們對(duì)于月球探索工程的步伐。作為圍繞地球始終運(yùn)轉(zhuǎn)不停的衛(wèi)星，人們總想知道它的過往和未來。

2004年，中國(guó)正式開展月球探測(cè)工程，并命名為“嫦娥工程”。從“嫦娥一號(hào)”到“嫦娥五號(hào)”，從“玉兔號(hào)”月球車首次在月球上行走，到“嫦娥四號(hào)”首次成功月背軟著陸，再到1731克月壤被成功帶回地球，探月工程的實(shí)施，讓我們對(duì)月球的了解逐步深入。2020年12月17日，在“嫦娥五號(hào)”凱旋這一中國(guó)探月里程碑時(shí)刻，由中國(guó)航天人書寫的《月背征途：中國(guó)探月國(guó)家隊(duì)記錄人類首次登陸月球背面全過程》一書也正式上市，并于北京航天城舉辦了新書發(fā)布會(huì)。在活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)面對(duì)媒體記者，中國(guó)工程院院士、中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院空間科學(xué)與應(yīng)用中心主任王赤，北京航天飛行控制中心主任李劍對(duì)“嫦娥五號(hào)”任務(wù)圓滿完成感慨萬(wàn)分。隨著探月工程的逐步實(shí)施，中國(guó)航天事業(yè)不斷在太空刷新高度，開啟新篇章，“嫦娥奔月”的神話正一步步照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

2020年12月3日，在北京航天飛行控制中心拍攝的“嫦娥五號(hào)”上升器飛行過程。新華社記者金立旺攝

五項(xiàng)“中國(guó)首次”

2020年12月17日凌晨1時(shí)59分，“嫦娥五號(hào)”返回器攜帶月球樣品成功著陸，任務(wù)獲得圓滿成功。過去的23個(gè)日夜，“嫦娥五號(hào)”完成了1次對(duì)接、6次分離，兩種方式采樣、5次樣品轉(zhuǎn)移，經(jīng)歷了11個(gè)重大階段和關(guān)鍵步驟，環(huán)環(huán)相連、絲絲入扣。12月17日下午，國(guó)新辦舉行新聞發(fā)布會(huì)，介紹探月工程“嫦娥五號(hào)”任務(wù)有關(guān)情況并答記者問。

據(jù)國(guó)家航天局副局長(zhǎng)、探月工程副總指揮吳艷華介紹，“嫦娥五號(hào)”任務(wù)創(chuàng)造了五項(xiàng)中國(guó)首次：一是在地外天體的采樣與封裝;二是地外天體上的點(diǎn)火起飛、精準(zhǔn)入軌;三是月球軌道無人交會(huì)對(duì)接和樣品轉(zhuǎn)移;四是攜帶月球樣品以近第二宇宙速度再入返回;五是建立我國(guó)月球樣品的存儲(chǔ)、分析和研究系統(tǒng)。

“此次任務(wù)的成功實(shí)施，是我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展中里程碑式的新跨越?！眳瞧G華說，這標(biāo)志著我國(guó)具備了地月往返的能力，實(shí)現(xiàn)了“繞、落、回”三步走規(guī)劃完美收官，為我國(guó)未來月球與行星探測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

以“嫦娥五號(hào)”任務(wù)圓滿成功為起點(diǎn)，我國(guó)探月工程四期和行星探測(cè)工程將接續(xù)實(shí)施。目前，首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”正在“奔火”的征程中;嫦娥六號(hào)、七號(hào)、八號(hào)，小行星探測(cè)、火星取樣返回、木星系探測(cè)等工程任務(wù)也將按計(jì)劃陸續(xù)實(shí)施。

1731克月壤

“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器返回艙安全著陸，帶回了1731克的月球樣品，首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)地外天體采樣返回。2021年2月27日，我國(guó)“月球樣品001號(hào)”在中國(guó)國(guó)家博物館展出，100克月壤近距離地展示在公眾面前。

所謂的月壤其實(shí)是一層沙，或許叫月沙可能更準(zhǔn)確，它幾乎完全是由天體撞擊作用形成的。體積較大的基巖在小天體的撞擊作用下，不斷打碎、混合和翻動(dòng)，最終在月球表面形成了一層數(shù)米到十幾米厚的沙土層。此前“嫦娥五號(hào)”帶回的月壤樣本首次公開亮相，公開展示的圖片顯示，將“嫦娥五號(hào)”月壤顆粒放大數(shù)十倍后，可以發(fā)現(xiàn)含有褐色、黃色等顏色的“玻璃”以及橄欖石、斜長(zhǎng)石、輝石等成分。

此次在月壤中發(fā)現(xiàn)“玻璃”的存在，許多人心生疑惑：玻璃是怎樣形成的？自然界的玻璃與我們平日了解的玻璃一樣嗎？

其實(shí)，月壤中發(fā)現(xiàn)“玻璃”并不奇怪。通過望遠(yuǎn)鏡，我們能看到月面上布滿了大大小小的環(huán)形山，這些環(huán)形山大多是由早期小行星撞擊而成。月球由于沒有大氣層的保護(hù)，這些小天體撞擊月面的速度高達(dá)每秒十幾公里到幾十公里不等，撞擊產(chǎn)生高溫高壓，能夠熔融二氧化硅，產(chǎn)生大量的天然玻璃狀物質(zhì)。其實(shí)，目前月球仍然時(shí)而遭受小行星的撞擊，只不過頻率不如早期高，但每次撞擊都會(huì)產(chǎn)生玻璃狀物質(zhì)。雖然月面各處的月壤成分有些差別，但幾十億年下來，整個(gè)月壤中普遍含有玻璃狀物質(zhì)。

值得一提的是，此次我們自己從月球采回來1731克月壤樣品，是從月球“風(fēng)暴洋”北部呂姆克山脈附近采集的，這個(gè)地方其他國(guó)家從未到訪過，該地存在大約13億至20億年前的玄武巖，獲得這些年輕玄武巖的同位素年齡，將有助于推進(jìn)對(duì)月球火山活動(dòng)和演化歷史的認(rèn)識(shí)。

月背征途

2020年12月17日，在“嫦娥五號(hào)”凱旋這一中國(guó)探月里程碑時(shí)刻，由中國(guó)航天人書寫的《月背征途：中國(guó)探月國(guó)家隊(duì)記錄人類首次登陸月球背面全過程》一書也正式上市，并于北京航天城舉辦了新書發(fā)布會(huì)。在活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，中國(guó)工程院院士、中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院空間科學(xué)與應(yīng)用中心主任王赤，北京航天飛行控制中心主任李劍對(duì)“嫦娥五號(hào)”任務(wù)圓滿完成感慨萬(wàn)分。

吳偉仁院士說道：“探月工程是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，飛控團(tuán)隊(duì)是其中非常重要的一環(huán)。從2004年探月工程立項(xiàng)至今，我們一起走過了16年崢嶸歲月，從嫦娥一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、再入返回飛行試驗(yàn)，嫦娥四號(hào)，如今又有嫦娥五號(hào)攜帶月壤平安歸來，嫦娥工程取得了六戰(zhàn)六捷，每一次成功都凝聚著所有探月人的心血和汗水。作為這段歷史親歷者，我與大家共同經(jīng)歷了這段不平凡的歲月，那些激動(dòng)人心的瞬間、難以忘懷的故事，應(yīng)該被歷史記錄下來，為人們所熟知。”

“宇宙是人類想象力的搖籃，也是科學(xué)發(fā)展的起點(diǎn)。古今中外，無數(shù)科學(xué)先驅(qū)為探索宇宙的奧秘耗盡了畢生的心血。而今，得益于航天事業(yè)的快速發(fā)展，我們這一代中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了九天攬?jiān)碌膲?mèng)想，在地外天體研究領(lǐng)域占據(jù)了一席之地，這是多么偉大的成就、這是多么難得的跨越?！蓖醭嘣菏縿t表示，“翻開這本《月背征途》，我看到了‘玉兔二號(hào)代表中國(guó)航天人在月背留下的堅(jiān)實(shí)足跡，我回憶起了無數(shù)個(gè)我們?yōu)橹畩^斗的日日夜夜和并肩戰(zhàn)斗的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。從‘奇緣探測(cè)到月壤紅外光譜分析，‘玉兔二號(hào)的科學(xué)探測(cè)結(jié)果讓中國(guó)的科學(xué)家們有機(jī)會(huì)向全世界展示中國(guó)航天的強(qiáng)大實(shí)力，取得的一系列成果引起了世界科學(xué)界的震驚和贊譽(yù)。如果說‘嫦娥四號(hào)彰顯了不同凡響的中國(guó)風(fēng)采、中國(guó)力量，那么這本《月背征途》就是一代探月人的成長(zhǎng)史、成績(jī)單?！?h3>星辰大海 永不止步

中國(guó)探月工程進(jìn)程

2004年，中國(guó)正式開展月球探測(cè)工程，并命名為“嫦娥工程”。“嫦娥工程”分為“無人月球探測(cè)”“載人登月”和“建立月球基地”三個(gè)階段。2007年10月24日18時(shí)05分，“嫦娥一號(hào)”成功發(fā)射升空，在圓滿完成各項(xiàng)使命后，于2009年按預(yù)定計(jì)劃受控撞月，為我國(guó)月球探測(cè)的一期工程畫上了圓滿句號(hào)。2010年10月1日18時(shí)57分57秒，“嫦娥二號(hào)”順利發(fā)射?！版隙鸲?hào)”主要任務(wù)是獲得更清晰、更詳細(xì)的月球表面影像數(shù)據(jù)和月球極區(qū)表面數(shù)據(jù)，進(jìn)一步探測(cè)月球表面元素分布、月壤厚度、地月空間環(huán)境等。目前“嫦娥二號(hào)”也已圓滿并超額完成各項(xiàng)既定任務(wù)。2013年12月2日凌晨1時(shí)30分，“嫦娥三號(hào)”在四川省西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射?！版隙鹑?hào)”攜“玉兔號(hào)”月球車首次實(shí)現(xiàn)月球軟著落和月面巡視勘察，并開展月表形貌與地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查等科學(xué)探測(cè)。

“嫦娥四號(hào)”是“嫦娥三號(hào)”的備份星。“嫦娥四號(hào)”任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)了在月球背面軟著陸，中國(guó)成為了世界上第一個(gè)成功實(shí)現(xiàn)月背軟著陸的國(guó)家，“玉兔二號(hào)”則開啟了全新的月球背面探險(xiǎn)之旅。

2020年11月24日4時(shí)30分，中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭成功發(fā)射探月工程“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器，火箭飛行約2200秒后，順利將探測(cè)器送入預(yù)定軌道，開啟中國(guó)首次地外天體采樣返回之旅。12月1日，“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器成功在月球正面預(yù)選著陸區(qū)著陸?！版隙鹞逄?hào)”主要科學(xué)目標(biāo)包括對(duì)著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析，以及月球樣品返回地球以后的分析與研究。

2020年12月17日，“嫦娥五號(hào)”返回器攜帶月球樣品，采用半彈道跳躍方式再入返回，在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸，成功帶回1731克月壤。自此，中國(guó)探月工程圓滿完成了“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略，為未來開展月球和行星探測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“嫦娥五號(hào)”返回器和降落傘原件等亮相國(guó)家博物館

2021年2月28日，北京，“嫦娥五號(hào)”返回器和降落傘原件亮相國(guó)家博物館。

“嫦娥五號(hào)”返回器和降落傘原件

“嫦娥五號(hào)”上升器模型和“嫦娥五號(hào)”軟著陸模型

“嫦娥五號(hào)”軌道器模型

月球樣品密封裝置

“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器表取機(jī)構(gòu)

《月背征途》

《月背征途》是北京航天飛行控制中心編寫的圖書。2020年12月17日凌晨，“嫦娥五號(hào)”順利從月球“載土”歸來，這標(biāo)志著中國(guó)探月計(jì)劃“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略圓滿收官。在這一中國(guó)探月工程里程碑時(shí)刻，由“嫦娥五號(hào)”控制任務(wù)操作團(tuán)隊(duì)——北京航天飛行控制中心編寫的《月背征途》在北京航天城正式發(fā)布。

《月背征途》的編寫歷時(shí)近兩年，記錄了人類首次登陸月球背面全程，并首次公開大量珍貴圖片。月球車的“身體結(jié)構(gòu)”是怎樣的、“玉兔”在月背如何“睡覺”“行走”“吃飯”、月球坑中隱藏著哪些神秘物質(zhì)……這些問題都可在書中找到答案?！对卤痴魍尽愤€是一部通俗易懂的航天科普讀本，詳實(shí)介紹了從“嫦娥一號(hào)”到“嫦娥四號(hào)”，從月球車工作原理、地外天體遙操作技術(shù)到駕駛員的修煉過程，從“鵲橋”中繼星的發(fā)射定點(diǎn)到月球背面著陸點(diǎn)選擇，從一波三折的降落過程到“南征北戰(zhàn)”一次次月面涉險(xiǎn)探測(cè)歷程。

《月背征途》書摘

北京航天飛行控制中心主任 李劍

離2007年“嫦娥一號(hào)”發(fā)射已經(jīng)過去13年了，真正促使我們寫這本書的卻是“玉兔二號(hào)”在月球背面的軟著陸，這是一個(gè)開創(chuàng)人類歷史新紀(jì)元的事件。作為10多年探月歷程的親歷者，大家都有這樣一種沖動(dòng)，就是一定要把這10多年的歷程寫出來。一位航天老專家曾經(jīng)對(duì)我說，要把航天飛控由技術(shù)變成“藝術(shù)”。他所說的“藝術(shù)”是指要把航天器的飛行控制做得出神入化，而我們現(xiàn)在要做的是把“藝術(shù)”變成文學(xué)，讓更多的人走近中國(guó)航天飛控中心，了解中國(guó)探月工程。

中國(guó)的探月計(jì)劃在2000年寫入了《中國(guó)的航天》白皮書，按照“繞、落、回”的“三步走”戰(zhàn)略實(shí)施?！袄@”的目標(biāo)是發(fā)射環(huán)月探測(cè)器，對(duì)地月轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)及月球捕獲控制技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)月球表面進(jìn)行拍照詳查，為后續(xù)降落月面做好準(zhǔn)備?！奥洹钡哪繕?biāo)是使用著陸器在月球表面實(shí)現(xiàn)軟著陸，釋放月球車，進(jìn)行月球表面遙操作和巡視勘測(cè)。“回”的目標(biāo)是采集月壤樣品，并帶回地球。這三個(gè)階段逐步進(jìn)行，難度也越來越大。

探月工程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，航天器、運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控通信、回收著陸和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)都起著至關(guān)重要的作用。探測(cè)器飛行控制工作，是這項(xiàng)復(fù)雜航天任務(wù)中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。運(yùn)載火箭發(fā)射升空并將探測(cè)器送入預(yù)定軌道后，后續(xù)全部飛行過程和科學(xué)探測(cè)工作都要靠飛行控制來完成。有些深空飛控任務(wù)要持續(xù)數(shù)年甚至數(shù)十年，所以航天專家們常常會(huì)說“成功在飛控，關(guān)鍵在飛控”。

控制航天器脫離地球引力，進(jìn)入月球軌道是完成月球探測(cè)的一個(gè)重要前提，這需要把探測(cè)器精準(zhǔn)地送入地月轉(zhuǎn)移軌道。當(dāng)然，最關(guān)鍵的是月球捕獲和動(dòng)力下降控制，在月球采樣返回任務(wù)中，還要完成月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接和月地轉(zhuǎn)移等更為復(fù)雜的控制。這給飛控中心的軌道計(jì)算和軌道控制人員帶來了很大的挑戰(zhàn)，不僅要完成高精度的軌道確定工作，還要設(shè)計(jì)出最省燃料、最為安全的軌道，為確保發(fā)生故障情況下仍能夠完成飛控任務(wù)，在準(zhǔn)備正常控制方案的同時(shí)，飛控中心還要準(zhǔn)備多種預(yù)案，確保在緊急情況下能夠完成軌道重構(gòu)和應(yīng)急控制。

《月背征途》的第1章，對(duì)從“嫦娥一號(hào)”到“嫦娥三號(hào)”的飛控任務(wù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要回顧。從2007年的“嫦娥一號(hào)”，到2010年的“嫦娥二號(hào)”，飛控中心控制衛(wèi)星繞月飛行720天、8489圈，獲取了2800余圈高清月球表面圖像，為后續(xù)月面著陸做好了準(zhǔn)備。2013年的“嫦娥三號(hào)”是我國(guó)首次在月球表面實(shí)現(xiàn)軟著陸，著陸器采用了最新研制的7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，一次制動(dòng)就能夠進(jìn)入環(huán)月軌道，這給飛行控制帶來了更大的難度和風(fēng)險(xiǎn)。月面遙操作也給飛控中心帶來了很大的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，由于月面復(fù)雜環(huán)境的影響，“玉兔一號(hào)”在月面只行走了114.8米，這給飛控人員留下了很大的遺憾，然而，他們沒有放棄努力，一直在尋找下一次機(jī)會(huì)。

1.“玉兔二號(hào)”回望“嫦娥四號(hào)”2.“嫦娥四號(hào)”地形地貌相機(jī)拍攝的“玉兔二號(hào)”正面圖像3.“玉兔二號(hào)”回望車轍4.“玉兔二號(hào)”月面勘察全景圖像5.“嫦娥四號(hào)”地形地貌相機(jī)360度環(huán)拍的月背全景圖6.“玉兔二號(hào)”全景相機(jī)拍攝的“嫦娥四號(hào)”圖像7.“龍?zhí)丁弊矒艨尤皥D8.雙分辨率相機(jī)拍攝的地月合影9.“兩器互拍”成功時(shí)的飛控大廳10.專注分析的駕駛員們

月球車駕駛員是飛控中心一個(gè)很特別的飛控崗位，本書通過長(zhǎng)達(dá)一年多的跟蹤，收集了大量他們?cè)趯W(xué)習(xí)、訓(xùn)l練和實(shí)際操作月球車中的經(jīng)歷和體會(huì)，力圖通過他們的視角向讀者展現(xiàn)月面駕駛這一特殊任務(wù)和完成這一任務(wù)所需的特殊技能。我們用“月面開車：駕駛員的修煉”一章，對(duì)月球車的構(gòu)成、遙操作中主要技術(shù)的基本原理和月面科學(xué)探測(cè)的基本方法進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)飛控中心的軟件系統(tǒng)是如何設(shè)計(jì)研制并運(yùn)行的向大家做了一個(gè)簡(jiǎn)要說明。

當(dāng)然，本書的重頭戲還是人類探測(cè)器首次在月球背面軟著陸。2019年1月3日“嫦娥四號(hào)”代表全人類來到了月球背面。本書對(duì)月球中繼衛(wèi)星的發(fā)射過程和驚心動(dòng)魄的72小時(shí)月球背面著陸進(jìn)行了全面回顧。月球中繼星是實(shí)現(xiàn)月球背面軟著陸的關(guān)鍵，在20侶年5月21日發(fā)射后，飛控中心歷時(shí)25天，用5次精確的軌道控制將中繼星捕獲在Halo軌道上，為月球背面數(shù)據(jù)通信創(chuàng)造了條件。月球背面的可選著陸區(qū)域很多，為什么選擇馮-卡門撞擊坑？主備兩個(gè)著陸區(qū)怎么使用？如何在中繼星的支持下實(shí)現(xiàn)月面軟著陸？書中都會(huì)給出答案。

最精彩的部分應(yīng)該是第5章“月背征途：‘玉兔二號(hào)駕駛?cè)沼洝绷?，這一章以飛控中心月球車駕駛員的視角，使用大量拍攝的月球表面的真實(shí)圖像（很多是首次發(fā)表），記錄了“玉兔二號(hào)”從2019年初開始的第1個(gè)月晝到第23個(gè)月晝，在月面生存659天、行走565.9米所經(jīng)歷的事件和科學(xué)探測(cè)獲得的驚人發(fā)現(xiàn)。這里面有突破“玉兔一號(hào)”的行走記錄、探測(cè)月球表面神秘石塊、發(fā)現(xiàn)神秘膠狀物、成為人類在月球上工作最久的月球車等精彩而有趣的故事。

最后，我們也對(duì)中國(guó)航天未來將實(shí)施的月球永久陰影區(qū)探測(cè)任務(wù)和小行星采樣返回等深空探測(cè)任務(wù)進(jìn)行了展望?！坝裢枚?hào)”至今仍然在月球背面正常工作，在駕駛員的精心呵護(hù)下，不斷前行，每個(gè)月都給我們帶來新的發(fā)現(xiàn)和驚喜，它走出的每一步、拍攝的每一張照片、獲取的每一個(gè)數(shù)據(jù)都是在創(chuàng)造人類征服太空的奇跡，我們的駕駛員們一定會(huì)用不懈的努力，讓這史詩(shī)般的月背征途走得更加精彩！