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揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展

原标题:探月精神丨揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展

地球耕耘六万载,嫦娥思乡五千年。

2020年12月17日,嫦娥五号返回器携带月球土壤样品在内蒙古四子王旗着陆场安全着陆,中国首次月球采样返回任务获得圆满成功。

嫦娥五号任务的圆满成功,是发挥我国新型举国体制优势攻坚克难取得的又一重大成就,对我国航天事业发展具有十分重要的意义。探月工程也成为继人造地球卫星上天、载人航天飞行之后,中国航天事业迎来的第三个里程碑事件。

习近平总书记发来贺电,勉励探月工程任务指挥部并参加嫦娥五号任务的全体同志“大力弘扬追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢的探月精神,一步一个脚印开启星际探测新征程,为建设航天强国、实现中华民族伟大复兴再立新功,为人类和平利用太空、推动构建人类命运共同体作出更大的开拓性贡献”。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展嫦娥五号返回器携带月球样品,采用半弹道跳跃方式再入返回,在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。图据新华社

自2004年初中国探月工程经党中央、国务院批准立项起,“敢上九天揽月”的梦想逐渐照进现实:2007年,嫦娥一号实现了我国首次月球环绕探测;2010年,嫦娥二号和地球的距离突破1亿公里,创造了中国航天器最远飞行纪录;2013年,嫦娥三号实现月球软着陆,玉兔号的足迹留在了月球;2018年,嫦娥四号实现人类探测器首次造访月球背面,是人类认识月球的又一壮举;嫦娥五号任务的成功,标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走规划圆满收官。

17年来,国家航天局组织全国2000多家单位、数十万名科技工作者,团结协作、集智攻关,高质量高效益完成六次探测任务,实现“六战六捷”。探月工程完美诠释了“追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”的探月精神。

“当时什么都没有,就只有一张白纸”

2020年11月24日4时30分,我国长征五号遥五运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空,经过2200多秒的飞行,成功将嫦娥五号月球探测器送入地月转移轨道,发射取得圆满成功。

此时的发射中心控制大厅回荡着沸腾的欢呼声,此前紧张的情绪终于得到释放,工作人员相互拥抱,记者将摄像机对准喜悦的人群。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展长征五号遥五运载火箭将嫦娥五号送入地月转移轨道,开启了中国探月工程首次地月往返之旅。图据新华社

飞行时间刚过2000秒,50多岁的刘站国将身边的年轻人推向镜头,悄然离开喧嚣的人群。心脏功能不是很好的他,从前一天就没有休息,此时准备回去补个觉。

中国是火箭的故乡,中华民族也是最早怀揣飞天揽月梦想的民族。而火箭发动机是火箭和航天器的心脏,是航天事业的基石,其发展水平决定了航天活动的规模和实力。

2007年10月24日,嫦娥一号由长征三号甲运载火箭发射升空;2010年10月1日,长征三号丙运载火箭把嫦娥二号卫星成功送入太空;2013年12月2日,长三乙运载火箭托举嫦娥三号探测器顺利进入奔月轨道;2014年10月24日,长征三号丙改进二型运载火箭成功发射嫦娥五号再入返回飞行试验器;2018年12月8日,长征三号乙运载火箭托举嫦娥四号探测器,开启中国航天器第5次奔月之旅。

在这几次飞天奔月的漫漫征程中,由航天科技集团六院研制的多种性能、功能各异的火箭发动机立下了赫赫战功,表现完美。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展执行嫦娥五号任务的长征五号遥五运载火箭。图据新华社

嫦娥五号任务是探月工程第六次任务。在发射嫦娥五号的长征五号运载火箭上,配套了航天科技集团六院研制的30台火箭发动机。其中,8台120吨级液氧煤油发动机、2台50吨级氢氧发动机及2台9吨级氢氧发动机,全部是我国新一代绿色环保发动机,护送嫦娥五号开启探月之路。

在航天科技集团六院液氧煤油发动机领域总师刘站国看来,火箭发动机难就难在它是一个很复杂的热力机械,很多知识是书本上找不到的,需要不断地在实践中去探索。

上世纪90年代初,刚刚研究生毕业的刘站国参与到火箭研制团队中,经过二十多年时间,研制成功具有世界领先水平的120吨级YF-100、18吨级YF-115等多种型号液氧煤油发动机,使我国近地轨道最大运载能力提高到2倍以上,为探月工程、火星探测等重大任务奠定动力基础,刘站国也成长为新一代研制者的领军人物。在他30多年的研发生涯中,共研制出300多台发动机,交付70多台,试验时间近10万秒。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展▲航天六院液氧煤油火箭发动机领域总师刘站国。图据红星新闻

嫦娥五号从文昌发射场出发奔向月球,经地月和环月飞行,在月面选定区域着陆,完成月球样品采集工作,从发射入轨到返回器再入回收,共经历11个飞行阶段,23天的太空探险。要完成这些飞行工作,离不开长征五号运载火箭和嫦娥五号探测器上装载的107台发动机的保驾护航。

“发射之前为什么不紧张?因为我们已经把要担心的事情提前全部都做好了。”2020年12月,在位于西安航天基地的航天科技集团六院11所,陈建华向红星新闻记者回忆起发射当天的场景。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展航天科技集团六院长征五号试验队。图据受访者

陈建华是长征五号运载火箭副总设计师、航天科技集团六院11所液氧煤油发动机副总师,他告诉红星新闻,发动机有成千上万个零件,核心件也有很多,就要追求稳定性、安全性、可靠性和先进性。只有工作都做到位了,问题才不会发生。如果工作没做到位,祈祷是没有用的。

陈建华刚工作的时候,老所长对他说,你们这些“娃娃”赶上了好时光。听到这句话的时候,陈建华还在陕西凤县那条山沟里,当时什么都没有,就只有一张白纸。那时候很多基本的生活问题都没有完全解决,老一辈航天人提出要做世界上最先进的液体火箭发动机,攀登这个高峰在当时是不可想象的。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展长征五号运载火箭副总设计师、航天科技集团六院11所液氧煤油发动机副总师陈建华。图据红星新闻

“以前老所长说,一个航天人只要能完完整整参加一个型号的研发,对他来说就非常幸运了,他们那代人等了几十年才赶上好时光。当时,我还不太理解,而现在,我们已经研制了不止一个型号。我认为,一个科研工作者一生中有机会真正承担国家重大型号研制任务,应该引以为荣。”

每个环节都是核心,有一个出问题就没法继续

嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器四个部分组成,包含15个分系统,是迄今为止我国研制的最复杂的航天器系统之一。

2020年12月6日5时42分,嫦娥五号上升器成功与轨道器返回器组合体交会对接,将月球样品容器转移至返回器中。实现我国航天器首次月球轨道交会对接。

12月13日9时51分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体实施第二次月地转移入射,在距月面230公里处成功实施四台150牛发动机点火,约22分钟后,发动机正常关机。根据实时遥测数据监视判断,轨道器和返回器组合体成功进入月地转移轨道。

2020年12月17日1时59分,嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,标志着中国首次月球采样返回任务圆满完成。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展▲嫦娥五号探测器的四个部分。图据国家航天局

轨道器作为贯穿任务全过程的核心产品,是名副其实的“太空邮差”。它将在相距38万公里的地月之间,构建一条太空“物流”通道。为了实现这一壮举,航天科技集团八院嫦娥五号研制团队历经十年奋斗,练就了嫦娥五号轨道器的“72变”本领。

今年50岁的查学雷,从上世纪90年代初大学毕业后就走上了航天科技研发的道路,如今已成为航天科技集团八院科技委常委。作为航天事业战线上的一名“老兵”,从1994年参加工作开始,查学雷就参与了早期载人航天工程的论证,并进行相关研发工作。22年的时间里,他见证了从神舟一号到神舟十一号飞船的11次飞行试验。2016年,因工作需要,查学雷接手探月工程,担任嫦娥五号探测器系统副总设计师。

2009年,探月工程三期展开立项论证,返回器、着陆器均有载人航天和探月工程一期、二期的研制基础,航天科技集团八院研制的轨道器可谓是白手起家,上升器更是全新状态。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展嫦娥五号上升器与轨道器返回器组合体完成交会对接画面。新华社发(国家航天局供图)

根据任务要求,嫦娥五号轨道器需在自身干重1吨多情况下,头顶3.7吨的着陆上升组合体,肚装3吨推进剂和300多公斤的返回器,并在飞行过程中依次分离着陆上升组合体、对接与样品转移机构和返回器,是我国首个具有大承载,分离面多等特点的月球探测飞行器。

同时,为了达到构型优化与减重目标,总体、结构、热控等多个系统展开头脑风暴,先后论证了十余种构型,最终在继承神舟飞船推进舱外承力筒大构型的基础上,创新性地提出了支撑舱、对接舱和推进仪器舱的三舱构型方案。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展航天科技集团八院嫦娥五号试验队。图据上海航天微信公众号

环月轨道的交会对接任务需要在21秒内完成、1秒捕获、10秒校正、10秒锁紧。样品转移任务接口多、环节多、过程复杂。样品容器自动转移功能是探测器系统的关键功能之一,必须万无一失,且与前段对接过程高度匹配,才能实现样品转移的最终目标。

航天科技集团八院研制团队创造性地研制出了抱爪式对接机构,配合采用棘爪式转移机构,在自动无人交会对接的同时实现样品容器的自动转移,这一技术是世界首创,成就了嫦娥飞天采样返回中极为重要的一环。

航天工程是规模宏大、高度集成的复杂系统工程,涉及的科学领域广泛,参与单位和人员众多。探月工程由全国数千家单位、数万名科技工作者直接或间接参与,技术挑战多、实施难度大、任务风险高。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展航天科技集团八院科技委常委,嫦娥五号探测器系统副总设计师查学雷。图据红星新闻

查学雷告诉红星新闻,嫦娥五号作为一个系统工程,从人员配备上看,无论是设备仪器的研制,还是火箭发射、样品回收,都需要全国各地航天科技工作者的协同合作;从单个探测器看,系统下分子系统,每个子系统又包含单机、原器件、材料等多种要素,并最终组成整体,每一个步骤都需要万无一失。

“我们经常讲探月工程的难点在哪里?最难的就是把这么多复杂的东西串联成为一个整体。嫦娥五号是我们整个单次航天任务最复杂的一个系统任务,每一个过程都是任务的单点任务。单点任务就意味着,如果过程中间有一个环节出了问题,那后面的任务就没办法继续。所以每一个环节都是核心。”

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展嫦娥五号着陆器和上升器组合体着陆后全景相机环拍成像。图据国家航天局

确保每一个环节万无一失,为探测器每一阶段护航的推进系统在任务中的表现就堪称完美。这套推进系统由航天科技集团六院研制,其中为了确保嫦娥五号能在月球平稳着陆并从月球返回,六院为探测器量身定做了三台新型发动机。在轨道器上,即安装有六院新研制的3000N发动机。

在这套包含三套独立的子系统的推进系统中,77台性能功能各异的大小发动机分别承担轨道修正、近月制动、月面上升等一系列繁重任务。既为探测器提供主要动力,又为探测器提供俯仰、偏航、滚动的姿态控制力矩和轨道调整动力。

对于这三套子系统研制,航天科技集团六院嫦娥五号探测器副总设计师洪鑫提出了“统一设计、通盘考虑,模式相似、单机共享”的设计思路,实践证明该思路提高了设计可靠性,最大限度地降低了技术风险。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展航天科技集团六院嫦娥五号探测器副总设计师洪鑫。受访者供图

洪鑫在嫦娥五号工程项目工作了10年时间。2011年3月,洪鑫的孩子出生。同年4月,他被委任探月三期探测器副总师,“接到任务时也没有太多想法,就是想下定决心把它攻下来。”嫦娥五号推进系统就像是他的另一个“孩子”。参与探月工程10年间,洪鑫照料推进系统比照料自己孩子的时间要多很多。

“这次(嫦娥五号任务)总的来说,无论是推进系统还是探测器,表现都很完美。包括变轨时推力的预测都非常精准,只有千分之几的误差,完全按照标准流程展开,跟提前做的动画效果几乎一样。”洪鑫说。

大力弘扬和践行探月精神,开启星际探测新征程

嫦娥五号任务创造了五项中国首次,一是在地外天体的采样与封装,二是地外天体上的点火起飞、精准入轨,三是月球轨道无人交会对接和样品转移,四是携带月球样品以近第二宇宙速度再入返回,五是建立我国月球样品的存储、分析和研究系统。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展工作人员在嫦娥五号月球样品交接仪式上搬运月球样品容器。图据新华社

嫦娥五号任务新闻发言人、国家航天局探月与航天工程中心副主任裴照宇表示,“嫦娥五号任务既是收官之作,更是奠基之作。”此次任务的成功实施,是我国航天事业发展中里程碑式的新跨越,标志着我国具备了地月往返能力,实现了“绕、落、回”三步走规划完美收官,为我国未来月球与行星探测奠定了坚实基础。

按照规划,未来中国探月工程四期还规划了三次任务:嫦娥六号计划在月球南极采样返回,嫦娥七号计划开展月球南极资源详查,嫦娥八号持续深化月球科学探测与应用,并进行相关关键技术月面试验,为构建月球科研站做前期探索。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展嫦娥五号任务轨道器与返回器分离后,返回器携带月球样品返回地球。而轨道器经过约88天的转移旅程,于今年3月成功抵达日地L1点,开启了新一阶段的探测任务。央视新闻截图

今年全国两会期间,全国政协常委、中国探月工程总设计师吴伟仁透露,目前中国已经完成探月工程四期实施方案论证,未来有望在月球南极建立国际月球科研站。“如果月球科研站能够成功实施,中国载人登月将不会遥远。目前中国载人登月也提上了日程,中国科学家、工程师们正论证如何实现载人登月。”

2月22日,习近平总书记在人民大会堂会见探月工程嫦娥五号任务参研参试人员代表并参观月球样品和探月工程成果展览,充分肯定探月工程特别是嫦娥五号任务取得的成就。

总书记强调,要弘扬探月精神,发挥新型举国体制优势,勇攀科技高峰,服务国家发展大局,一步一个脚印开启星际探测新征程,不断推进中国航天事业创新发展,为人类和平利用太空作出新的更大贡献。

揽月而归,踏梦而行:十七载探月梦照进现实,中国航天向纵深拓展越来越多的年轻面孔已经挑起中国航天事业的大梁。图为航天科技集团八院嫦娥五号试验队。图据上海航天微信公众号

“我们现在中国航天事业发展越来越好,很大一部分原因就是我们有一代代的航天人才。俄罗斯的航天技术在世界上比较先进,但在交流中发现他们的航天人才老龄化严重,到中国来发现我们平均年龄30多岁的年轻人就可以执行重大航天任务,特别羡慕。”查学雷告诉记者。

如今,回忆起20多年刚刚进入航天事业时的情景,从当年两三年才有一次火箭发射任务,到近年来连续多年发射量全球第一;从当年航天人才跳槽下海,到越来越多的高素质人才加入到航天事业,查学雷仍为自己当年选择加入中国航天事业感到骄傲。

在查学雷看来,探月工程是对深空和未知的探索,整个嫦娥五号系统工程完美诠释了“追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”的探月精神。“总书记提到要弘扬探月精神,作为航天科研人员来说,我们也深受了鼓舞,今后也将按照探月精神开展后续探月工程。”

红星新闻记者 任江波 摄影 王红强

责任编辑:王珊珊

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