在月球上開(kāi)車(chē)，最怕的就是坑

馬傳令

航天工程是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，有人說(shuō)航天事業(yè)是“萬(wàn)人一桿槍”，這一點(diǎn)都不夸張，每個(gè)人的力量好像都很渺小，但實(shí)際上每個(gè)人的破壞力都是很大的。航天器上的一個(gè)螺絲釘沒(méi)有擰緊，可能都會(huì)導(dǎo)致航天器的任務(wù)失敗。在這么復(fù)雜的航天系統(tǒng)里邊，我們北京航天飛行控制中心是干什么的呢？

簡(jiǎn)單比喻下，如果把“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器比作一個(gè)無(wú)人駕駛的太空飛車(chē)，航天五院和八院可能就是汽車(chē)制造商，我們就是遠(yuǎn)程遙控它的駕駛員。火箭將探測(cè)器從地面送到地球上空以后，我們的工作就開(kāi)始了。

我是2010年到北京航天飛行控制中心工作的，非常榮幸地參加了“嫦娥二號(hào)”“嫦娥三號(hào)”任務(wù)，但是讓我印象最深刻的是“嫦娥四號(hào)”任務(wù)，我一步一步成長(zhǎng)到開(kāi)始深度參與任務(wù)就是從這里開(kāi)始的。

月之背面

“嫦娥四號(hào)”這項(xiàng)任務(wù)為什么讓我印象深刻呢？

首先，“嫦娥四號(hào)”是人類(lèi)歷史上首次在月球背面進(jìn)行軟著陸和巡視探測(cè)。

月球圍繞地球公轉(zhuǎn)的周期跟它自轉(zhuǎn)的周期是一樣的，所以月球始終只有一面對(duì)著我們。也正是因?yàn)槲覀兛床坏剿谋趁妫蠹揖陀辛撕芏嗖聹y(cè)，比如科幻小說(shuō)里會(huì)說(shuō)月球的背面是不是有UFO，是不是有外星人基地什么的。

美國(guó)和蘇聯(lián)在之前已經(jīng)往月球上發(fā)射了幾十顆探測(cè)器，但是其實(shí)那些都是集中在月球的正面。這主要是因?yàn)槲覀兊孛婧驮虑虮趁鏇](méi)有辦法直接建立通信聯(lián)系。

為什么這么困難，我們還是決定讓“嫦娥四號(hào)”著陸到月球背面呢？

因?yàn)樵虑虮趁嬗兄芪说目茖W(xué)探測(cè)價(jià)值。它跟月球正面不太一樣，月球正面比較平，而背面基本上整個(gè)都是崎嶇不平的地貌，全是環(huán)形山，還有一些古老的隕石。

特別是“嫦娥四號(hào)”計(jì)劃著陸的南極-艾特肯盆地，它是太陽(yáng)系里第二大的超級(jí)隕石坑，我們?nèi)ミ@個(gè)地方探測(cè)的話(huà)，能夠?yàn)榭茖W(xué)家們提供更多的關(guān)于月球研究，包括地球起源、太陽(yáng)系起源的資料。

除此之外，月球背面有著更加純凈的空間電磁環(huán)境，因?yàn)樵虑蜃约河姓趽?，地球的很多射線(xiàn)的干擾是到不了月球背面的，所以在月球背面可以開(kāi)展很多在地球和月球正面沒(méi)法開(kāi)展的空間觀(guān)測(cè)。

我們和月球背面的通信是怎么建立的呢？當(dāng)時(shí)我們的科學(xué)家們和工程師們反復(fù)思考，最后還是采用了一個(gè)比較經(jīng)典的方案，就是在月球附近布設(shè)一個(gè)中繼衛(wèi)星，然后把這個(gè)中繼衛(wèi)星作為連接地面和月球背面的一個(gè)通信基站，我們給它起了一個(gè)浪漫的名字——“鵲橋”。

“鵲橋”搭好之后，就該“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器上場(chǎng)了。

“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器也是由兩部分組成——著陸器和巡視器。在我們的計(jì)劃中，“嫦娥四號(hào)”是從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，飛到月球，對(duì)這個(gè)軌道進(jìn)行兩到三次修正后，在“鵲橋”的支持下，成功落在月球背面。

但是事實(shí)并沒(méi)有按照這個(gè)完美的計(jì)劃進(jìn)行。

意外情況

2018年12月8日，“嫦娥四號(hào)”按照計(jì)劃確實(shí)從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了，但是剛發(fā)射不久就出現(xiàn)了一個(gè)突發(fā)狀況。

當(dāng)時(shí)我們正在開(kāi)會(huì)，航天五院的總設(shè)計(jì)師過(guò)來(lái)說(shuō)，“‘嫦娥四號(hào)’的探測(cè)器燃料泄漏了。”

我們趕緊對(duì)這個(gè)燃料泄漏的情況進(jìn)行評(píng)估。因?yàn)椤版隙鹚奶?hào)”探測(cè)器本身的可用燃料就很少，如果把所有的設(shè)計(jì)余量都拿出來(lái)，還差10公斤，也就是說(shuō)“嫦娥四號(hào)”沒(méi)有辦法落到月球背面了。

大家其實(shí)在任務(wù)前會(huì)做非常多的準(zhǔn)備工作，特別是這種復(fù)雜的應(yīng)急處置工作，我們做的預(yù)案可能要比正常工作多幾十倍甚至上百倍——比如說(shuō)一本正常飛行的方案可能就100頁(yè)，但是為了防止它出現(xiàn)異常狀況，我們可能會(huì)做上萬(wàn)頁(yè)的備份方案來(lái)解決這些問(wèn)題。但是漏油這個(gè)問(wèn)題，在這一萬(wàn)頁(yè)里都沒(méi)有。

燃料泄漏之后還有一個(gè)問(wèn)題，探測(cè)器有四個(gè)燃料儲(chǔ)箱，它漏了右下方的這一個(gè)，也就是說(shuō)漏完之后，整個(gè)探測(cè)器一邊輕一邊重，是不平衡的。在這種狀態(tài)下，探測(cè)器就有可能會(huì)摔下來(lái)，所以除了漏油以外，我們還必須解決質(zhì)心偏移問(wèn)題。

最后，這個(gè)問(wèn)題的唯一解決方案，就是我們需要更改“嫦娥四號(hào)”原本的行駛路線(xiàn)。

首先，我們把地月轉(zhuǎn)移過(guò)程中本該有的7500N發(fā)動(dòng)機(jī)的試噴評(píng)估環(huán)節(jié)取消，以節(jié)省燃料。但是發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)也很重要，稍有偏差可能就撞月了，所以我們把近月制動(dòng)時(shí)的軌道從100×100公里變成了100×430公里，在過(guò)程中評(píng)估7500N發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。

在第一次近月制動(dòng)完成以后，油不夠的問(wèn)題基本解決了，發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況我們也摸清楚了，剩下還有兩次軌道修正，我們主要利用這兩次修正來(lái)消除剛才說(shuō)的質(zhì)心不平衡問(wèn)題。

這是怎么做的呢？因?yàn)楝F(xiàn)在有三個(gè)儲(chǔ)箱是沒(méi)有泄漏的，這樣我就把它們?nèi)齻€(gè)進(jìn)行搭配，每次不再使用二對(duì)二的模式，而是使用一對(duì)一的模式。

經(jīng)過(guò)這三次軌道控制，我們還是達(dá)到了原來(lái)的預(yù)期目標(biāo)，成功地把“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器控到了100×100公里的軌道。

“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器從西昌出發(fā)，一共飛行了幾十萬(wàn)公里，飛行了25天，在我們做出這些調(diào)整之后，最終飛到這個(gè)地方的時(shí)候，實(shí)際跟計(jì)劃的時(shí)間只差了19秒?？梢哉f(shuō)我們幾乎是完美地到達(dá)了比賽的終點(diǎn)。

但是“嫦娥四號(hào)”的曲折還沒(méi)有結(jié)束，在它動(dòng)力下降前6小時(shí)，也是一個(gè)外系統(tǒng)的同事過(guò)來(lái)說(shuō)，“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器在著陸的時(shí)候有可能會(huì)掉到坑里。

掉到坑里

一開(kāi)始大家討論的時(shí)候，都認(rèn)為那地方不是個(gè)坑，還反反復(fù)復(fù)地考量過(guò)。沒(méi)辦法，最后我們還是把著陸點(diǎn)臨時(shí)又調(diào)整了1.7公里。

最終在2019年1月3日10點(diǎn)26分，“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器在“鵲橋”中繼衛(wèi)星的支持下，還是成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地的馮卡門(mén)撞擊坑內(nèi)。

“嫦娥四號(hào)”的整個(gè)飛行歷程確實(shí)很曲折，但結(jié)局還算圓滿(mǎn)，我們把它送到月球背面落下去以后，“玉兔二號(hào)”和它的駕駛員就該上場(chǎng)了。

玉兔車(chē)其實(shí)不是全天候工作的，天冷的時(shí)候它要休眠，天熱的時(shí)候還要午睡。月球在中午太陽(yáng)光比較強(qiáng)的時(shí)候，表面溫度達(dá)100多攝氏度，這個(gè)時(shí)候如果你強(qiáng)制去開(kāi)車(chē)，很可能就會(huì)造成設(shè)備的故障和車(chē)體的損傷。

所以我們一般會(huì)提前找一個(gè)地方讓玉兔車(chē)這時(shí)候躲起來(lái)，實(shí)在不行的話(huà)我會(huì)把它的帆板都豎起來(lái)遮陽(yáng)。

月球上是沒(méi)有空氣的，太陽(yáng)光白天照完之后，晚上它也沒(méi)法保溫，所以月球溫度在晚上很快就會(huì)降到零下190攝氏度，這個(gè)零下190攝氏度也是“玉兔二號(hào)”第一個(gè)測(cè)出來(lái)的。

我們?cè)谒亩亲永镞吋恿艘粋€(gè)同位素?zé)嵩?，它可以源源不斷地往外釋放熱量，就像暖寶寶一樣?/p>

月球背面坑太多了，玉兔車(chē)行駛的時(shí)候需要繞開(kāi)這些坑。

不過(guò)駕駛員最怕的就是坑，科學(xué)家最喜歡的也是坑。因?yàn)檫@些坑有很多都是地外的一些小行星或者隕石撞擊到月球表面砸出來(lái)的。這個(gè)坑里包含了很多宇宙里的神秘物質(zhì)，科學(xué)家對(duì)這些東西特別好奇。

這樣的話(huà)就會(huì)有一個(gè)矛盾，駕駛員希望車(chē)安全，開(kāi)得穩(wěn)穩(wěn)的，離坑遠(yuǎn)遠(yuǎn)的，但科學(xué)家就希望離坑越近越好。于是大家有時(shí)候一開(kāi)始還比較和氣，商量能不能過(guò)去看看，到最后就吵起來(lái)了。

“玉兔二號(hào)”在月球背面還干了一件非常重要的事，就是它把地球上的生物帶上了月球?？茖W(xué)家們精心挑選了六種生物，有棉花種子、油菜種子、馬鈴薯種子、擬南芥種子、果蠅、酵母菌。

“嫦娥四號(hào)”落月四天以后，我們發(fā)現(xiàn)在月球上種的棉花竟然發(fā)芽了！

“嫦娥四號(hào)”的故事我就講完了，我們之后還要承擔(dān)“嫦娥六號(hào)”“嫦娥七號(hào)”“嫦娥八號(hào)”，再往后還有2030年的載人登月等任務(wù)。以及現(xiàn)在大家都知道的，火星探測(cè)。此外，我們還在建設(shè)中國(guó)自己的空間站。

可以說(shuō)，中國(guó)航天人的腳步一刻也沒(méi)有停，一刻也不敢停。最后，想引用一句話(huà)來(lái)結(jié)束今天的演講，“月背本沒(méi)有路，我們來(lái)了，便走出了屬于自己的路”。

（摘自《看天下》2022年第8期）