月背征途

北京航天飛行控制中心

編者按：

月背探測是中國航天的首個世界第一，具有巨大的科學(xué)和工程意義，是人類航天史上的重大突破。本刊從中國科學(xué)技術(shù)出版社出版的《月背征途》一書中節(jié)選部分章節(jié)，記錄“玉兔二號”探測月背的精彩過程和所獲得的驚人科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

第一次“休眠”

2019年1月11日，舉國矚目的“嫦娥四號”“兩器互拍”落下了帷幕。忙碌了一整個月晝的“玉兔二號”也要準(zhǔn)備“休眠”度過寒冷的月夜了，駕駛員們開始著手在地形圖上尋找“休眠”點，但附近能夠滿足“休眠”的區(qū)域比較少。在經(jīng)過反復(fù)測量計算后，駕駛員們選定了一塊條件較好、可滿足“休眠”姿態(tài)要求的區(qū)域，作為“玉兔二號”在月背的第一個“休眠”點。從地形圖上看，這也幾乎是附近唯一的“休眠”區(qū)域了。

一切就緒后，駕駛員們正準(zhǔn)備按規(guī)劃實施移動，卻突然發(fā)現(xiàn)“鵲橋”中繼星的高度偏低，如果“玉兔二號”向預(yù)定“休眠”方向行駛的話，安裝在“玉兔二號”前方桅桿上的定向天線可能對尾部的全向接收天線產(chǎn)生遮擋，這樣可能會造成地面短時間內(nèi)失去對“玉兔二號”的控制，這樣的局面是駕駛員們絕不想看到的。

然而看看前方唯一的一塊黃色區(qū)域——“休眠區(qū)域”，“玉兔二號”似乎也沒有別的選擇。有人提出，我們可以將豎起的桅桿放倒，這樣定向天線就能夠隨之臥倒在“玉兔二號”上，不會對全向接收天線造成遮擋了。這樣的提議讓大家眼前一亮，經(jīng)過測算，這個方案可行。隨即飛控中心發(fā)送指令將“玉兔二號”的桅桿放倒，接著移動指令發(fā)送，“玉兔二號”又一次“低著頭”走向了“休眠”點。

來到了“休眠”位置，可不代表要馬上“入睡”。按照工作規(guī)劃，“玉兔二號”還需要在此地進行一次轉(zhuǎn)向和科學(xué)探測。畢竟這是“玉兔二號”在月背的第一次“休眠”，所以駕駛員們特別謹(jǐn)慎。他們對月背的月壤質(zhì)地還知之甚少，雖然現(xiàn)在姿態(tài)滿足“休眠”要求，但就怕月壤土質(zhì)太松軟，原地轉(zhuǎn)向?qū)Φ貏菰斐善茐男缘挠绊懀瑢?dǎo)致此地不再能滿足“休眠”姿態(tài)要求。大家心里都有些忐忑。在完成了科學(xué)探測后，飛控中心又控制“玉兔二號”轉(zhuǎn)到了“休眠”航向，遙測顯示當(dāng)前姿態(tài)與預(yù)估的姿態(tài)差別不大，可滿足“玉兔二號”的“休眠”姿態(tài)要求，大家懸著的心這才落下來。

1月13日3時39分，在駕駛員們的控制下，“玉兔二號”“休眠”狀態(tài)設(shè)置完成，進入了月夜“休眠”模式，等待陽光將它喚醒。

在月球上種棉花

中國自古以來便是紡織大國。這次“嫦娥”登月，也帶上了棉花種子，準(zhǔn)備在月球背面種棉花，將地球生物搬上月球！

由于月球環(huán)境具有真空、微重力、強輻射、極端溫差等特點，要求動植物能耐高溫、抗凍，而且能夠抗輻射和抗干擾。經(jīng)科學(xué)分析及精挑細選，生物科普試驗載荷共搭載了6種生物，分別是棉花種子、油菜種子、馬鈴薯種子、擬南芥種子、酵母菌和果蠅。其中，馬鈴薯可能是航天員未來在太空的主食之一，擬南芥、酵母菌和果蠅都是生命科學(xué)領(lǐng)域重要的模式生物。上述6種生物構(gòu)成一個含有生產(chǎn)者、消費者和分解者的微型生態(tài)系統(tǒng)。植物產(chǎn)生氧氣，并作為食物供其他生物消費。作為消費者的果蠅和分解者的酵母菌通過消耗氧氣產(chǎn)生二氧化碳，供植物進行光合作用。酵母菌可以通過分解植物和果蠅廢棄物而生長，并能作為果蠅的食物。

2019年1月3日23時18分40秒，“嫦娥四號”落月12.88小時時，飛控中心控制生物科普試驗載荷加電。在生物科普試驗載荷開機后約30分鐘，飛控中心成功放水，6種生物進入月面生長發(fā)育模式。后續(xù)每隔一段時間就拍照記錄下它們的圖像。根據(jù)下傳的遙測顯示，科普載荷內(nèi)部壓力約1個大氣壓，溫度在10℃～35℃，可滿足生物基本生長需求。

經(jīng)歷了24小時焦急的等待，1月4日21時43分，在主相機視場內(nèi)出現(xiàn)了一顆種子萌芽！整個飛控大廳沸騰了。經(jīng)專家確認(rèn)，生物科普試驗載荷內(nèi)棉花種子已經(jīng)發(fā)育為胚根，在陽光的照耀下，隨著時間的流逝，幼芽逐漸長大。面對這一生態(tài)奇跡，國外網(wǎng)友驚嘆：“中國人把絲綢之路延伸到了月球！”

隨“嫦娥四號”登陸月球背面的生物科普試驗載荷陸續(xù)傳回試驗照片，顯示載荷內(nèi)生長出的植物嫩芽長勢良好。這是在經(jīng)歷月球極端真空、極端溫差、強輻射等嚴(yán)峻環(huán)境考驗后，人類第一次在月面上做生物生長試驗。生物科普試驗載荷已初步實現(xiàn)人類首次月面生物試驗。1月7日傳回的照片顯示，此次生物試驗實現(xiàn)了在荒蕪的月球上培育出第一株植物嫩芽，并隨著時間的推移，成功實現(xiàn)人類有史以來第一片在月球上生長的綠葉，對人類之后建立月球基地提供了很好的研究基礎(chǔ)和經(jīng)驗，具有重要的借鑒意義。

有驚無險的喚醒

1月29日是“玉兔二號”在月背第一次被喚醒的日子，駕駛員們早早地來到遙操作廳，目不轉(zhuǎn)睛地盯著屏幕，等待“玉兔二號”傳來的遙測信號。9時31分，“鵲橋”中繼星完成了返向鏈路設(shè)置，一切準(zhǔn)備就緒，按照估計，“玉兔二號”馬上就要“醒”過來了。

然而眼巴巴地等了40多分鐘，一直沒有收到“玉兔二號”傳回的遙測信號，駕駛員們有點坐不住了。終于，遙操作廳里響起了激動的聲音：“來了，來了！”大家趕緊圍上去，屏幕顯示“鵲橋”中繼星已經(jīng)鎖定“玉兔二號”的載波信號，然而遙測信號卻一直沒有收到，飛控中心的駕駛員們反復(fù)確認(rèn)“鵲橋”中繼星的狀態(tài)，一切正常，為什么“玉兔”都到門口了卻遲遲不敲門呢？

原來“玉兔二號”的遙測信號是以幀的方式連續(xù)傳輸?shù)?，“鵲橋”中繼星要想正確地解出遙測信號并傳給地面，必須辨認(rèn)出每幀遙測的幀頭在哪里。這個遙測幀頭就是幀同步碼，它是靠一個固定的8位同步碼來做標(biāo)記的，就像一列火車有1號車廂，找到它就能找到其他車廂了。

而中繼星為了在有空間環(huán)境干擾導(dǎo)致誤碼較高的情況下依然能認(rèn)出幀同步碼，設(shè)定了一定的容錯機制。很有可能是空間環(huán)境干擾導(dǎo)致“玉兔二號”傳回的某些遙測信號長得很像這個幀同步碼，導(dǎo)致“鵲橋”認(rèn)錯了幀頭，無法正確解出“玉兔二號”的遙測信號。

駕駛員們根據(jù)預(yù)案，控制中繼星對“玉兔二號”進行了重新鎖定，然而，期待中的遙測信號還是沒有出現(xiàn)。駕駛員們頂住壓力，控制中繼星對“玉兔二號”進行第二次鎖定，飛控中心監(jiān)視人員報告“遙測接收開始”，地面終于可以解出“玉兔二號”傳回的正常遙測信號了，一個不平凡的月晝就這樣開始了。

月背到底有多冷

我們知道月球上正午時有超過100℃的高溫，然而月球的晚上究竟有多冷，卻沒有人測到過，這是因為探測器在月夜需要關(guān)閉儀器設(shè)備，進入“休眠”模式。

這次“嫦娥四號”攜帶了一個神秘而強大的裝置——同位素電池，不僅可以在月夜散發(fā)熱量為“嫦娥四號”保溫，還可以輸出約2瓦功率的電能，保證月夜溫度計——月夜溫度采集器可以在近半個月的寒冷月夜中持續(xù)工作。通過這兩個“神器”，我們有望第一次探知月球背面的夜晚到底有多冷。

“兩器分離”后6小時，地面發(fā)令控制月夜溫度采集器加電。經(jīng)過檢查，月夜溫度采集器狀態(tài)良好，具備實施月夜溫度采集的條件。隨著太陽西移，寒冷的月夜即將來臨，馬上要進入月夜“休眠”狀態(tài)了。地面發(fā)令控制供暖系統(tǒng)接通，等同位素?zé)嵩礈囟鹊陀?120℃后，再將月夜溫度采集器的供電切換為同位素?zé)嵩垂╇姟?/p>

2小時后，地面又對同位素電池供電期間月夜溫度采集器采集數(shù)據(jù)的下傳狀態(tài)進行檢查確認(rèn)，一切正常。等“嫦娥四號”完成“休眠”設(shè)置，月背又安靜下來，月夜溫度采集器就正式開始工作了，月夜溫度采集器每隔15分鐘采集一次月夜的溫度情況，整個月夜都在兢兢業(yè)業(yè)地采集。1月31日16時43分，飛控中心控制“嫦娥四號”將月夜溫度采集器的工作成果進行了下傳，測量結(jié)果表明最低溫度達到-190℃，這是人類歷史上首次測量到月球背面的月夜溫度！

突破114.8米

114.8，這個看似毫無含義的數(shù)字對“玉兔二號”的駕駛員們而言卻是一個心結(jié)。6年前，“玉兔一號”在行走114.8米后控制系統(tǒng)發(fā)生故障，永遠地停在了月球表面。38萬千米之外的飛控中心遙操作大廳里時間仿佛停滯，114.8米成為當(dāng)時在場的駕駛員們心中揮之不去的陰影。

6年轉(zhuǎn)瞬即逝，其中一位當(dāng)年的年輕駕駛員已成為遙操作型號總師，憑借豐富的駕駛經(jīng)驗和精湛的駕駛技術(shù)，帶領(lǐng)著年輕的遙操作團隊，圓滿地完成了“玉兔二號”前期的遙操作任務(wù)。

2019年2月10日是“玉兔二號”探索月球背面的第39天。晚上9點，“玉兔二號”順利找到“休眠”區(qū)，準(zhǔn)備接收“休眠”指令。此時的飛控中心遙操作大廳燈火通明。經(jīng)過兩個月晝的連續(xù)奮戰(zhàn)，每天不間斷工作的駕駛員們已經(jīng)筋疲力盡。遙測數(shù)據(jù)顯示，“玉兔二號”在第二個月晝期間行駛了70.3米，累計里程達到114.5米，距離114.8米只剩下0.3米了……看到這個數(shù)字，所有人都被震動了，往昔的記憶又涌上心頭。

不過，“玉兔二號”已經(jīng)進入準(zhǔn)備“休眠”姿態(tài)，如果繼續(xù)行走，萬一找不到合適的“休眠”點就還要費一番工夫。是就此“休眠”還是堅持突破？大家都用盼望的眼神望著6年前操作過“玉兔一號”的型號總師。很快測控系統(tǒng)總指揮收到了“‘玉兔二號已經(jīng)行駛114.5米，請求延長測控跟蹤，利用‘休眠前的時間再走一步”的請示。測控系統(tǒng)總指揮幾乎沒有任何猶豫便批復(fù)道：“同意！”并鼓勵大家：“抓住契機，勇敢突破！”

駕駛員們的熱情瞬間被點燃了，經(jīng)過反復(fù)討論、迭代計算、復(fù)核驗證等一連串復(fù)雜的過程，1小時之內(nèi)行進方案已經(jīng)出爐。緊接著，駕駛員們向勇敢的“玉兔二號”發(fā)出了移動指令……這是“玉兔二號”在月背的第40天。2月11日凌晨2時20分，“玉兔二號”再次順利移動了5.5米，兩個月晝累計行駛120米，成功打破了“玉兔一號”的行駛紀(jì)錄！

超越114.8米，不僅是“玉兔二號”的重大突破，更是中國探月工程中的一個里程碑。自此，“玉兔二號”前進的每一步都在刷新著歷史紀(jì)錄。

“玉兔”導(dǎo)航員

“開始導(dǎo)航，前方……請小心駕駛！”在地面開車時，我們對導(dǎo)航儀這樣的溫馨提示一定不會陌生，但在月球背面你知道誰為“玉兔二號”指路嗎？

在飛控中心就有著這么一個重要的崗位——視覺定位與圖像處理。這個崗位的人員利用月球軌道衛(wèi)星拍攝的月面圖像和“玉兔二號”獲得的月表圖像對“玉兔二號”當(dāng)前的位置進行定位，并給出下一步走向何處的規(guī)劃設(shè)計，堪稱“玉兔導(dǎo)航員”。

在月背導(dǎo)航工作中，導(dǎo)航員不僅要根據(jù)科學(xué)家選定的探測目標(biāo)來規(guī)劃路線，還要給出選擇此路的原因，更要把目光放長遠，為“玉兔二號”做好長遠規(guī)劃，確保“玉兔二號”在月背待得更久，走得更遠。

“嫦娥四號”在月背成功著陸后，導(dǎo)航員們第一時間報出了落月坐標(biāo)，隨即開啟了為“玉兔二號”探索之旅保駕護航的工作。導(dǎo)航員們一直在琢磨的一件事就是：往哪兒走。月球上沒有北斗導(dǎo)航，也沒有地圖，“嫦娥二號”拍攝的高清全月圖發(fā)揮了重要作用。

由于著陸點在月球南極，為防止月球車被自己的影子遮擋住腳下的路，應(yīng)向西北或東北方向行駛。在對“嫦娥四號”拍攝的月面圖像和之前“嫦娥二號”拍攝的月面圖像進行分析后，導(dǎo)航員們認(rèn)為著陸點西北方向地形障礙較少，便于長期行進，最終決定一路向西出發(fā)。

導(dǎo)航員們同時確定了用之前“嫦娥二號”拍攝的7米分辨率全月圖做長期規(guī)劃、用全景相機拍攝的圖像做中期規(guī)劃、用導(dǎo)航相機拍攝的圖像做當(dāng)前規(guī)劃的策略，共同助力“玉兔二號”挺進月球大西北。

瘋狂的石頭

自“玉兔二號”踏上月背的那一天起，它便肩負(fù)著一項重要的使命——揭示月球背面的奧秘。盡管“玉兔二號”自帶4件探測利器，但想派上用場還需要找到合適的探測目標(biāo)。然而，荒涼的月背上要么是無法抵達的撞擊坑，要么是松軟的月壤?，F(xiàn)在已經(jīng)是第3個月晝了，有價值的探測目標(biāo)一直沒有出現(xiàn)，科學(xué)家們有些坐不住了。

2019年3月1日，駕駛員們一如既往地篩選著“玉兔二號”下傳的導(dǎo)航相機拍攝的照片。突然，他們的目光被一張圖片吸引住了，在“玉兔二號”的前方不遠處，一片碎石星羅棋布地散落在月壤之上，仿佛一盤未曾下完的棋。有一塊體積較大的石頭靜靜地躺在“棋盤”前，仿佛一顆遺失的珠寶，上面蒙著一層淺淺的月壤，與周圍平坦的地形相比顯得有些不同尋常。

別看這塊石頭從圖片中看不出非凡之處，但在遍布撞擊坑和松軟月壤的月背，它的存在十分耐人尋味。它可能是天外飛來的隕石，代表著宇宙天體對月球的問候；也有可能是隕石撞擊月背濺射出來的物質(zhì)，埋藏著月幔最深處的秘密。

駕駛員們立刻與科學(xué)家團隊取得了聯(lián)系，科學(xué)家們的激情瞬間被點燃了，他們興奮地喊道：“就是這塊石頭！石頭！我們趕快探一下！”

石塊是科學(xué)家眼里的珍寶，但在更了解“玉兔二號”的駕駛員眼里則是危險因素。駕駛員不光要想著如何靠近它，還要想著怎么離開，不能只是前進，還要學(xué)會后退。只有精準(zhǔn)完成遠距離探測且能退回到一個安全的“休眠”點，才是一次完整探測的結(jié)束。這是一種平衡，也是每一個駕駛員都要掌握的進退藝術(shù)。

對石塊的探測需要使用“玉兔二號”上安裝的紅外成像光譜儀，它位于車體前方。視場最窄處只有約14厘米，中心區(qū)域8厘米，必須靠月球車的移動來調(diào)整視場的前后推移，通過車體的轉(zhuǎn)動來調(diào)整視場的左右偏移。

月球上坑洼遍地，凹凸不平，每次移動都可能產(chǎn)生無法預(yù)測的姿態(tài)變化，要想在合適的太陽高度角和方位角下使視場對準(zhǔn)石塊，難度宛如千里穿針，實在是考驗駕駛技術(shù)。紅外成像光譜儀視場距離車前側(cè)面只有約50厘米，稍有不慎月球車輪子和月球車底部就可能被月面的石塊蹭壞。

然而地外天體科學(xué)探測就是如此，沒有風(fēng)險就沒有收獲，經(jīng)過科學(xué)家和月面支持小組的一番商議，最終駕駛員們制訂了“遠處拉弓瞄準(zhǔn)，近處停頓微調(diào)”的探測方案。先控制月球車駛向目標(biāo)石塊，在石塊前微調(diào)航向，使視場覆蓋石塊。這樣一旦發(fā)現(xiàn)情況不對，可以立刻控制“玉兔二號”原路撤回，可謂穩(wěn)妥安全。

“玉兔二號”漸漸逼近石塊，到達石塊前的平坦位置，看上去一切順利，但還沒來得及高興，最新下傳的感知圖像就讓大家心里一沉。圖像顯示，石塊前方竟然出現(xiàn)了兩個撞擊坑，坑雖然都不深，但極有可能對最后的視場調(diào)整產(chǎn)生意想不到的影響，使得探測功虧一簣。

兩個撞擊坑仿佛攔路虎一般橫在“玉兔二號”和石塊中間，何去何從，一時陷入僵局，“休眠”時刻又在一分一秒地迫近，科學(xué)家們開始焦躁起來。遙操作大廳里，一位來自中科院國家天文臺的小伙子已經(jīng)有些著急了，他不停地說：“這個石塊很重要，你們可千萬不能退啊?！睖y控系統(tǒng)總指揮半開玩笑地對他說：“是你們領(lǐng)導(dǎo)派你來督戰(zhàn)的吧？別急，別急，我們一定幫你們拿下這塊石頭?！?/p>

月球的秘密就在眼前，誰也不想在此刻半途而廢。駕駛員們拿出了兩種方案：第一種是在起點原地左轉(zhuǎn)彎，直行到終點后調(diào)整航向?qū)?zhǔn)石塊，這種方案的優(yōu)點在于控制次數(shù)少，但是終點的原地轉(zhuǎn)彎恰好在兩個撞擊坑內(nèi)，最后的視場調(diào)整可能受撞擊坑影響，存在無法到位的風(fēng)險；第二種則是分兩段行走，在一個相對平坦的中間點上原地轉(zhuǎn)彎，然后調(diào)整航向?qū)χ瘔K直行，避免終點原地轉(zhuǎn)彎，這種方案雖然控制次數(shù)多，但是比較安全。又是一次不得不做的抉擇，到底該怎么辦？駕駛員們和專家反復(fù)磋商，仍以安全為上，使用第二種保守方案。方案確定后，駕駛員們便開始控制“玉兔二號”按照移動策略接近石塊。移動到位后，駕駛員們立即對石塊進行了精確定位，開啟“玉兔二號”前方的避障相機對石塊區(qū)域進行成像，一塊長度約18厘米的大石塊在視場中特別顯眼，它就是科學(xué)家團隊選中的探測目標(biāo)。

駕駛員們立即發(fā)送指令開始實施紅外探測。然而，傳回的紅外圖像卻并未滿足科學(xué)家團隊的要求，因為石塊只有右下角的一部分進入了紅外成像光譜儀的視場，其余全部是月壤，這樣會造成獲得的紅外光譜信息中混雜有石塊和月壤的信息，無法從其中單獨分析出石塊的物質(zhì)成分，探測結(jié)果無法令人滿意。

是繼續(xù)進行探測還是放棄本次探測而繼續(xù)尋找探測目標(biāo)？如果繼續(xù)探測，那就要繼續(xù)調(diào)整“玉兔二號”與石塊的距離和相對位置，在當(dāng)前復(fù)雜的月面環(huán)境下，沒人能夠為“玉兔二號”的安全打包票，無論是車底撞到石塊還是“玉兔二號”陷入坑中，哪種情況都不能發(fā)生。但如果就此收手，那么前面所做的努力就會全部白費。

駕駛員們決定再試一次！他們反復(fù)研讀遙測數(shù)據(jù)，對探測方案不斷進行推演和分析，最終確定了控制“玉兔二號”原地轉(zhuǎn)2°，再前進6.6厘米接近石塊這一方案。很快方案就獲得了大家的一致認(rèn)可，并完成了移動指令的上注。

“轉(zhuǎn)向開始，轉(zhuǎn)向到位！1秒、2秒、3秒，移動到位，姿態(tài)良好！”

調(diào)度員不停地報告移動情況，駕駛員們再次控制紅外成像光譜儀開機探測。平日短短的12分鐘此刻分外漫長。隨后圖像和探測數(shù)據(jù)慢慢下傳，大家終于在傳回來的圖像上看到紅外成像光譜儀的視場被石塊全部占據(jù)著，這次獲得的數(shù)據(jù)堪稱完美，“玉兔二號”圓滿完成了第一次定點探測的任務(wù)。3次移動，4次轉(zhuǎn)身，一共4.92米，我們終于解開了“月亮女神”留下的密碼！

優(yōu)美地轉(zhuǎn)個圈

2019年3月30日，科學(xué)家們給飛控中心的駕駛員團隊提出了一個頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，對“玉兔二號”周邊的目標(biāo)區(qū)域進行360°全方位的科學(xué)探測。這就要同時使用“玉兔二號”的兩大“神器”——紅外成像光譜儀和中性原子探測儀，在不同的方位角下，兩大“神器”大顯身手，共同揭開月球的秘密。

飛控中心的駕駛員團隊首先要對周邊環(huán)境進行分析，找到一塊相對平坦的區(qū)域，確保在這里轉(zhuǎn)圈不會存在風(fēng)險，又方便“玉兔二號”對周邊的目標(biāo)進行探測。不要小看轉(zhuǎn)這個圈，這個任務(wù)一共用了2天時間，通過8次車體轉(zhuǎn)動，在8個不同的航向下兩大科普載荷一次開機才完成了全部的科學(xué)探測工作。回望時，轉(zhuǎn)動過程中留下的車轍讓駕駛員們慨嘆不已。

在月面蹭“Wi-Fi”

“玉兔二號”獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地面時，除了使用自身全向天線和定向天線通過中繼星下傳到地面外，還可以蹭“嫦娥四號”的“Wi-Fi”，即著陸器與“玉兔二號”之間的UHF頻段通信，實現(xiàn)返向數(shù)據(jù)下傳。

這個“Wi-Fi”的傳輸速率可以設(shè)置，駕駛員們會根據(jù)實際情況選擇“玉兔二號”與“嫦娥四號”相匹配的下傳速率，確?！版隙鹚奶枴蹦軌?qū)Α坝裢枚枴迸臄z的圖像或獲取的科學(xué)探測數(shù)據(jù)進行實時轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)到了就走，無須等待。

不要小看這樣的傳輸方式，由于不必再轉(zhuǎn)動“玉兔二號”的桅桿，調(diào)整定向天線指向中繼星，所以可以一邊探測一邊傳輸，有效提高了數(shù)據(jù)下傳效率，也提高了“玉兔二號”行走規(guī)劃的效率。

當(dāng)然，“Wi-Fi”也不是那么好蹭的，需要“玉兔二號”車體相對“嫦娥四號”的位置和姿態(tài)滿足特定條件。一般要求“玉兔二號”在“嫦娥四號”西北方向，且車尾朝向“嫦娥四號”。因為對姿態(tài)和位置要求高，所以UHF信道主要用來在特定姿態(tài)下進行圖像和探測數(shù)據(jù)的下傳。在“玉兔二號”移動、進出測控弧段、進出月午及“休眠”喚醒等設(shè)置過程中仍須切回全向天線。

安全駕駛9條原則

“道路千萬條，安全第一條”，有了駕駛“玉兔一號”的經(jīng)歷，遙操作團隊對“玉兔二號”更是呵護有加，每一次路徑規(guī)劃、每一個狀態(tài)確認(rèn)都特別小心。

早在開展“嫦娥四號”任務(wù)前，飛控中心就組織進行了“玉兔一號”行駛過程數(shù)據(jù)復(fù)盤?！坝裢靡惶枴倍ǜ裨?14.8米，我們應(yīng)該吸取哪些教訓(xùn)呢？為了使復(fù)盤工作更加深入，飛控中心請來了探測器設(shè)計部門的月球車專家以及當(dāng)年“玉兔一號”的駕駛員，共同對“玉兔一號”在月球上的每一步足跡特別是最后幾步的行走過程做細致研究。最終形成以下結(jié)論性意見：一是光照對月面感知的影響較大，二是大曲率移動風(fēng)險較高，三是在月面復(fù)雜路面上要能進也能退。

這些看似簡單的原則正是在充滿風(fēng)險的月面駕駛時必須注意的。也正是這次對“玉兔一號”遙操作的復(fù)盤工作，制定了月面安全駕駛9條原則，為“玉兔二號”干得更久、走得更遠打下了基礎(chǔ)。

既然光照對月面感知的影響很大，那么為了確保路徑規(guī)劃前能看清楚月面地形，我們制定了相應(yīng)的圖像感知原則，避免由于光照原因移動方向上出現(xiàn)圖像過曝或車體本體陰影較大的情況。若移動目標(biāo)位置的地形不清晰或更換移動目標(biāo)點，則需要進行重新感知，確保從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置之間的地形情況清晰可見，能夠為路徑規(guī)劃提供優(yōu)質(zhì)的圖像信息。

“玉兔二號”在月面真實環(huán)境中的移動表現(xiàn)如何、月面實際地形對它的移動會產(chǎn)生哪些不可預(yù)知的影響、“玉兔二號”能否按照駕駛員規(guī)劃的預(yù)期路徑進行移動等都需要對它的實際移動效果進行評估。9條原則中的第3條是這樣描述的：

每次移動后在導(dǎo)航點或中間點對行走效果進行評估，判斷是否移動到位，可否按照原定策略及相應(yīng)應(yīng)急方案實施。移動未到位判斷準(zhǔn)則如下：

1.針對直線行走、原地轉(zhuǎn)彎和曲線行走，地面監(jiān)視判斷遙測偏航角與規(guī)劃結(jié)果超過5°或遙測位置與規(guī)劃結(jié)果偏差超過0.5米。

2.若該站點獲得的視覺定位結(jié)果與規(guī)劃位置距離偏差超過移動距離的10%。

如果地面判斷出現(xiàn)“移動未到位”的情況，就要立即停止原規(guī)劃方案，進入問題排查和緊急脫困狀態(tài)，必要時退回到上一站點，確?！坝裢枚枴钡陌踩?/p>

第3條安全駕駛原則對駕駛員來說至關(guān)重要，必須作為基本原則長期堅持。

在“玉兔二號”后續(xù)一年多的行駛過程中，駕駛員們正是堅守了這9條原則才確保了“玉兔二號”在月背探險中不斷奮勇前行。

第一次探坑

2019年4月28日，“玉兔二號”在暖洋洋的陽光照射下“醒”過來，由于太陽在東方升起，“玉兔二號”的車體在西側(cè)的月面上形成了一片大大的陰影，“玉兔二號”看上去很神氣，就像一位威風(fēng)凜凜的武士。

駕駛員們早就注意到了在車體西側(cè)前方有一個很新的撞擊坑，盡管月球表面遍布大大小小的撞擊坑，但在確保安全的情況下探索月背的月球坑，對已經(jīng)在這里生活了5個月的“玉兔二號”來說還是第一次。經(jīng)與科學(xué)家團隊商議，駕駛員在此月晝要對這個撞擊坑的月壤和濺射物進行探測。

駕駛員控制“玉兔二號”邁開大步來到撞擊坑邊約3米的地方，通過全景相機對科學(xué)探測區(qū)域進行了成像，撞擊坑的全貌顯露出來。

隨后“玉兔二號”又繼續(xù)向前來到撞擊坑的邊緣，隕石留下的“吻痕”終于近距離地呈現(xiàn)在大家眼前。

此時，科學(xué)家們還想再近一點對濺射物進行紅外探測。越靠近坑邊，碎石就越密集，它們都是對“玉兔二號”越障能力的挑戰(zhàn)。但不入虎穴，焉得虎子？駕駛員們選擇迎難而上，規(guī)劃了一個小步直線移動，眼看著移動到位了，一個意想不到的情況出現(xiàn)了。

由于地面起伏較大，太陽落在了“玉兔二號”的太陽敏感器視場外，“玉兔二號”無法對自己的姿態(tài)進行感知了。這意味著在倒車過程中，以往一直使用的高精度制導(dǎo)導(dǎo)航與控制移動模式不能使用了。突如其來的狀況并沒有難倒駕駛員們，他們先是按照原計劃對撞擊坑的邊緣和內(nèi)側(cè)使用避障相機進行成像并進行紅外探測，滿足科學(xué)家們探測濺射物的要求。

隨后，駕駛員們將“玉兔二號”駕駛模式由制導(dǎo)導(dǎo)航與控制移動模式切換為綜合電子多電機移動模式，先讓“玉兔二號”倒車回來，穩(wěn)穩(wěn)地后退，當(dāng)“玉兔二號”太陽敏感器視場恢復(fù)到可見太陽時再重新恢復(fù)制導(dǎo)導(dǎo)航與控制移動模式，最終成功完成了月背撞擊坑第一探！

放飛自我的“兔子”

在地面上實現(xiàn)自動駕駛是一件很難的事情，更何況在萬里之外的月球背面，而這個月晝，駕駛員們將在月球背面迎接一次石破天驚的挑戰(zhàn)——讓“玉兔二號”自動駕駛。

“玉兔二號”在設(shè)計之初就已經(jīng)具備了兩大法寶——激光探測避障移動模式和自主規(guī)劃避障移動模式，以及一個“神器”——激光點陣器。激光探測避障移動模式利用車體前端的激光點陣器的照射來判斷前方地面的平坦程度，從而實現(xiàn)對障礙的識別和路徑的選擇。自主規(guī)劃避障移動模式則利用避障相機的成像，分段識別路況的平整度，每0.5米進行一次重新規(guī)劃，直至到達目標(biāo)點。

這次駕駛員們選取了兩個目的地，保證每次移動都在2米左右，按照先激光探測避障、后自主規(guī)劃避障移動的方式，實施自動駕駛。

萬事開頭難，進行激光避障探測移動時，“玉兔二號”剛一邁步就出現(xiàn)了警報：“前面發(fā)現(xiàn)障礙，退出移動模式?！泵髅鲝南鄼C上看著一馬平川，為什么卻舉步維艱呢？駕駛員們通過反復(fù)對比之前避障相機拍攝的圖像分析，發(fā)現(xiàn)圖像中有車體對太陽光的反射投影，可能進入了“玉兔二號”避障相機視場而被識別成了障礙，導(dǎo)致無法行走。

經(jīng)與探測器專家現(xiàn)場研究，駕駛員們立即對激光點陣提取參數(shù)做出調(diào)整，給“玉兔二號”戴上“墨鏡”以過濾太陽光的干擾，終于解除警報，“玉兔二號”開始前進了。

第二次移動時駕駛員們控制“玉兔二號”切換至自主規(guī)劃避障移動模式。這次就順利許多，總計2.7米的移動距離，“玉兔二號”按照每0.5米自主判斷一次的頻率，經(jīng)過5次規(guī)劃后順利到達目標(biāo)點！

“賴床”的“兔子”

不知不覺之中，“玉兔二號”在月球背面已經(jīng)工作6個月，從突破“玉兔一號”的行駛紀(jì)錄到擔(dān)心是不是能達到3個月的壽命期，現(xiàn)在駕駛員們對“玉兔二號”越來越有信心了，開始為長期月面探險做各種計劃。一個新的情況出現(xiàn)了！駕駛員們在總結(jié)過去6個月“玉兔二號”的喚醒時間時發(fā)現(xiàn)，喚醒的時間在一點點推遲。特別是這個月晝，“玉兔二號”在所有人的焦急等待下足足推遲喚醒2小時，雖說最終還是“醒”來了，但到底是什么環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題？

針對這個問題，遙操作團隊提取了“玉兔二號”6個月晝的預(yù)計喚醒時間、實際喚醒時間、喚醒時姿態(tài)、太陽高度角和方位角、日月距離等相關(guān)數(shù)據(jù)，查詢了太陽能電池發(fā)電的相關(guān)設(shè)計報告，經(jīng)過反復(fù)分析比對，“玉兔二號”“賴床”的原因終于找到了。

原來，隨著“玉兔二號”在月面上工作時間變長，月-日距離也在發(fā)生改變。其實地球公轉(zhuǎn)軌道并不是標(biāo)準(zhǔn)圓軌道，月-日距離也隨之呈周期性變化，距離最近時有1.47億千米，最遠時有1.51億千米，研究人員發(fā)現(xiàn)從第2個月晝開始，隨著月－日距離逐漸增加，“喚醒”時間也一點點推遲，可這不到3%的距離變化范圍是如何引起2小時偏差的呢？

原來“玉兔二號”每次自動喚醒時所需的有效光照強度是恒定的，光強與月-日距離的平方成反比，與太陽的高度角成正比，距離增加了3%，太陽高度角相應(yīng)增加了約0.6°，而月面上太陽升高1°大概需要3小時，所以“玉兔二號”晚“醒”來2小時也就不足為奇了。

發(fā)現(xiàn)了這個奧秘之后，駕駛員將距離的修正項引入喚醒計算模型，反復(fù)迭代計算，最終將喚醒時刻偏差縮小在20分鐘以內(nèi)，大家都期待著下個月晝“玉兔二號”能夠準(zhǔn)時“醒”來。

車轍中隱藏的秘密

“玉兔二號”每個月“醒”來后，它的工作日程表都被駕駛員們安排得滿滿的，不是在進行科學(xué)探測，就是在去進行科學(xué)探測的路上，但“玉兔二號”還要經(jīng)?；剡^頭來用科學(xué)載荷探測一下自己走過月面時留下的車轍，這是為什么呢？車轍中隱藏著什么秘密嗎？

原來，月球表面有一層松軟的月壤，受到太陽風(fēng)的長期轟擊。在月球形成之后長達40多億年間，除了小天體撞擊之外，月壤從來沒有被翻動過，而“玉兔二號”車輪每一次移動掀起的幾厘米月壤，都揭示著隱藏了幾千萬年的月球秘密。

探測用的紅外成像光譜儀視場極窄，最寬處只有約16厘米，幾乎正好是車輪的寬度，并且紅外成像光譜儀的安裝位置并不是在“玉兔二號”的中軸線上，而是偏右一些，這就使得“玉兔二號”到位后必須回頭并與車轍呈一個微小的角度。另外，雖然“玉兔二號”行走的路線按照規(guī)劃是直線前進，但是土壤的松軟度和坡度都可能讓車轍產(chǎn)生微妙的誤差，因此行走和轉(zhuǎn)身的控制也必須精準(zhǔn)無誤才能保證車轍落在紅外成像光譜儀的視場內(nèi)。

駕駛員們根據(jù)“玉兔二號”的具體尺寸和相關(guān)參數(shù)以及紅外成像光譜儀的具體參數(shù)，經(jīng)過反復(fù)計算設(shè)計了轉(zhuǎn)向角度，并按照這個角度進行了路徑規(guī)劃?！坝裢枚枴卑凑找?guī)劃路徑移動完畢，隨后環(huán)拍的導(dǎo)航相機圖像顯示，一條纖細的車轍穩(wěn)穩(wěn)地落在了紅外成像光譜儀的視場內(nèi)，控制精準(zhǔn)。

獲取寶貴的探測數(shù)據(jù)后，飛控中心通過“鵲橋”中繼星將它們下傳，然后迅速送到科學(xué)家手中，車轍中隱藏的秘密就要被科學(xué)家們揭開了。

短暫“失聯(lián)”

月午期間為躲避高溫，“玉兔二號”一般會“午休”，可是這個月午“玉兔二號”“睡”得并不踏實。

2019年6月4日上午8時20分，“玉兔二號”進入測控區(qū)后，值班人員發(fā)現(xiàn)雖然返向載波鎖定，但“玉兔二號”的遙測依舊無法解析，地面和“玉兔二號”失去了聯(lián)系。值班人員檢查了“玉兔二號”前一晚的情況，一切正常，那“玉兔二號”到哪里去了呢？

現(xiàn)場人員迅速向值班總師匯報了這個情況，并與探測器系統(tǒng)取得了聯(lián)系。經(jīng)分析，最大可能是由于單粒子的干擾，使得地面和“鵲橋”中繼星的信號被干擾了。

經(jīng)過現(xiàn)場專家反復(fù)研究，決定首先對“鵲橋”中繼星的對月解調(diào)器進行軟復(fù)位操作，正是這個解調(diào)器承擔(dān)著與“玉兔二號”通信的重要職能。兩條指令發(fā)出去后，遙測還是沒有恢復(fù)，所有人屏住呼吸，緊緊盯著屏幕。

突然，“玉兔二號”時間顯示開始閃動，遙測恢復(fù)了！駕駛員們?nèi)鏅z查“玉兔二號”的狀態(tài)，一切正常！剛剛緊張到凝固的空氣終于開始流動了。經(jīng)查，原因是測控區(qū)外單粒子擊中了“鵲橋”中繼星的遙測處理電路板，導(dǎo)致中繼星對“玉兔二號”的遙測處理出現(xiàn)了問題。

這個月晝“玉兔二號”的短暫“失聯(lián)”雖說是虛驚一場，但卻提醒我們，太空環(huán)境復(fù)雜多變，要隨時做好應(yīng)對各種突發(fā)狀況的準(zhǔn)備，駕駛員不僅要車技一流，更要掌握機制，沉著應(yīng)對。

“玉兔”終于按時“起床”了

上個月“玉兔二號”“賴床”，經(jīng)過調(diào)查研究才發(fā)現(xiàn)原來是冤枉它了。根本原因還在于外界環(huán)境發(fā)生了變化，我們需要給它稍微調(diào)整一下“睡覺”的姿勢。而這個月晝“玉兔”的喚醒就是驗證駕駛員們“預(yù)言”的大好時機。

2019年6月26日，大家早早地來到飛控大廳，等待“玉兔二號”“醒”來。時間很快過了原來計算的時間，“玉兔二號”果然仍在“安睡”，絲毫沒有“醒”來的跡象，但有科學(xué)精確計算方法的支持，大家也都沒有了前幾次的焦急，指針一點一點地向駕駛員們預(yù)計的時間轉(zhuǎn)動，大家都凝神屏氣盯著屏幕。

13時26分，“玉兔二號”成功喚醒，比修正后的預(yù)估時間早了14分鐘，預(yù)測準(zhǔn)確度提高到89.9%！

月面上的攝影技巧

我們?nèi)粘Ｊ褂玫膯畏聪鄼C有自動曝光模式和手動曝光模式，在自動曝光模式下，相機會幫助攝影者自動調(diào)整曝光參數(shù)，拍出明暗對比合適的照片。

“玉兔二號”攜帶的導(dǎo)航相機和避障相機是高科技航天產(chǎn)品，不但要能準(zhǔn)確成像還要能經(jīng)受住月面白天100℃、夜晚-190℃，近300℃變化幅度的極端環(huán)境影響，相機須地面人工設(shè)置曝光參數(shù)。

由于月面沒有大氣散射，月背上逆光的暗區(qū)和順光的亮區(qū)界限明顯，且車體的陰影濃郁，這就要求駕駛員要像專業(yè)攝影師那樣根據(jù)不同的光照條件，合理選取相機曝光時長，以達到理想的成像效果。

飛控中心遙操作團隊的成員既是首個登陸月球背面的“玉兔車”的駕駛員，還是月球攝影師。沒有任何可供參考的現(xiàn)成資料，只能通過一次次嘗試積累經(jīng)驗數(shù)據(jù)。大家都知道這是一項必須熟練掌握的技能，因為拍攝的圖片質(zhì)量對路徑規(guī)劃的正確性至關(guān)重要，否則看不清楚的區(qū)域可能就隱藏著對“玉兔二號”造成威脅的石塊和深坑。

從這個月晝開始，駕駛員們決定專門拿出些時間來練習(xí)攝影技術(shù)。方法是保持車體航向角不動時，在同一太陽高度角、方位角下選擇不同的相機曝光時長進行拍攝，通過積累，建立相機參數(shù)選擇數(shù)據(jù)庫。每次遇到不同的光照條件就打開數(shù)據(jù)庫，輸入此刻的太陽高度角和方位角，系統(tǒng)自動將歷史照片和對應(yīng)的曝光參數(shù)呈現(xiàn)出來，駕駛員們就可以根據(jù)成像效果選擇適合的曝光參數(shù)，順利解決順光時的高曝光區(qū)域和逆光時的暗影問題，描繪出完整地形。

看到這個攝影“神器”，駕駛員們開玩笑說：“一器在手，攝影無憂！現(xiàn)在，我們在月面拍攝方面也是半專業(yè)的攝影師啦！”

“科目二”考試

月球背面的路并不那么平坦，第8個月晝出發(fā)前駕駛員們就面臨著一個兩難的選擇，眼前的撞擊坑星羅棋布，是繞著走還是穿過去呢？繞著走的話路上會相對穩(wěn)妥，但路程遠，而且路上成像效果欠佳，很難有把握讓“玉兔二號”在本月晝內(nèi)走到“休眠”點。

穿過去的話，路線則短許多，但要求“玉兔二號”這一路都要跨大步走，而且面對崎嶇的地形，需要“玉兔二號”像考“科目二”曲線行駛一樣將撞擊坑騎在身下，控制要求極高。到底該如何抉擇？經(jīng)過反復(fù)磋商，駕駛員們最終決定從撞擊坑中間穿過，讓“玉兔二號”挑戰(zhàn)一次“科目二”。

駕駛員們從幾個撞擊坑中間選定了一條小路，沿途壓過了幾個小型的撞擊坑。規(guī)劃完成后，駕駛員們便將控制指令進行了上注，隨后“玉兔二號”一個轉(zhuǎn)身便穩(wěn)穩(wěn)地朝著撞擊坑的間隙走去，幾分鐘后移動完成了。

駕駛員迫不及待地看了傳回的成像圖片，“玉兔二號”精確地停在了撞擊坑中間，行走路徑上的撞擊坑完全處于兩條車轍的中間，“科目二”滿分！

隨后，“玉兔二號”沿著規(guī)劃的路徑一路向西北走去，圖像顯示，“玉兔二號”是從山脊上走下來的，在一片撞擊坑中穿行，“玉兔二號”成功翻越山脊。

發(fā)現(xiàn)彩色神秘物質(zhì)

2019年7月28日，“玉兔二號”完成了月晝上午最后一步的行走，停在了兩個撞擊坑中間，并按計劃完成了導(dǎo)航相機和全景相機拍照下傳工作。20時30分，照片下傳后，月晝上午的工作內(nèi)容都完成了，駕駛員開始檢查“玉兔二號”的工況，計劃著月晝下午的工作。

就在離“玉兔二號”不遠處，一個新撞擊坑赫然出現(xiàn)，一開始這個坑并沒有引起大家的特別關(guān)注，畢竟月球表面到處都是撞擊坑。于是，大家繼續(xù)查看全景相機的圖像。

突然，一張全景照片引起了大家的注意，這張照片上顯示了那個新撞擊坑的內(nèi)緣，大大小小的月壤塊占滿了整個屏幕，但在屏幕下方，卻有一小堆閃著神秘光澤的膠狀物質(zhì)處于撞擊坑的中心，形狀、質(zhì)地都與周圍月壤明顯不同。這個東西到底是什么呢？圖片瞬間引起了大家的好奇，在場的人議論紛紛，卻沒人能給出答案。

興奮過后，駕駛員們分頭開展工作，一方面向型號總師進行匯報，另一方面與科學(xué)家團隊聯(lián)系。此時已是深夜，科學(xué)家們正在回家的路上，聽到駕駛員們的發(fā)現(xiàn)后，懷疑地說：“大概是石頭發(fā)的光吧，第一月晝的時候也曾出現(xiàn)過?！钡麄冞€是趕緊聯(lián)系值班人員確認(rèn)。一小時后，駕駛員們接到科學(xué)家團隊的電話回復(fù)，言語中的狂喜已經(jīng)無法掩飾：“我的天！那是什么？能不能明天就開始探測！”可是月午已近，大家商議決定先對該神秘物質(zhì)進行彩色成像，為月晝下午的決策收集資料。

第二天，駕駛員們對撞擊坑的神秘物質(zhì)實施了彩色成像，一堆形態(tài)特別、混合了深黑色和白色亮斑狀神秘物質(zhì)處于撞擊坑的中央，在陽光的照射下散發(fā)著清冷的光芒。在灰茫茫的月壤與碎石之間，這堆物質(zhì)閃著不同尋常的亮色，乍看白斑點點，細看晶亮之中又反射著彩色的光芒，它到底是什么？從哪里來的？迷人的色彩似乎暗示著它非同尋常的身世……

“玉兔二號”出月午后，就在當(dāng)前點利用紅外成像光譜儀進行了探測，掌握了周邊月壤的數(shù)據(jù)。隨后駕駛員控制“玉兔二號”向坑邊行進了1.96米，對撞擊坑外緣的濺射物進行了紅外探測，再控制“玉兔二號”退回原點，用避障相機拍攝行走的車轍，觀察車轍壓過的濺射物情況，判斷碎石的松軟程度……為了此次探測，“玉兔二號”第一次在一天里移動了3步，創(chuàng)造了轉(zhuǎn)入月面長期運行以來單日移動次數(shù)的新紀(jì)錄！

2019年8月7日17時49分，“玉兔二號”進入“休眠”模式。月夜期間，駕駛員對探測方案進一步優(yōu)化，下個月晝“玉兔二號”將帶著科學(xué)家團隊的殷切希望，再次踏上探索神秘物質(zhì)之路。

神秘物質(zhì)初探

上個月晝“玉兔二號”在月球背面的撞擊坑中發(fā)現(xiàn)了神秘的膠狀物質(zhì)，這一發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家和駕駛員們都興奮不已。月夜期間，科學(xué)家們持續(xù)表達了對該物質(zhì)探測的強烈需求，并設(shè)計了對照試驗，選定了三個點要求進行科學(xué)探測。

飛控中心遙操作團隊馬不停蹄地開始進行方案設(shè)計，對撞擊坑的深度和濺射物分布等都進行了仔細的測量。測量完畢，駕駛員們的臉色頓時凝重起來，這個撞擊坑的深度超過了30厘米，要是“玉兔二號”進去了，極有可能卡住底盤而無法上來，因此進坑探測成為一個必須避開的選項。但是探測物質(zhì)正好位于坑的正中央，按照科學(xué)家們給的坐標(biāo)，想要使紅外成像光譜儀的視場覆蓋該物質(zhì)，“玉兔二號”的前輪肯定要懸空進入坑里?？舆叺脑氯蕾|(zhì)地如何？會不會產(chǎn)生滑坡？坑邊的濺射物那么多，對于航向會有什么影響？大家的心里都打起了鼓。

駕駛員們經(jīng)過反復(fù)討論，最終確定了遠距離調(diào)整航向，然后直線逼近探測的方案。這個方案對于駕駛員的設(shè)計能力和控制精度都是嚴(yán)峻的考驗。失之毫厘，謬以千里，在遠處調(diào)整好航向后，誰也無法保證逼近的過程中航向不會產(chǎn)生偏移，萬一航向有偏差，或者行走過程中被濺射物改變了航向，那么所有的努力將功虧一簣。

計劃排定后，月晝也如期而至。駕駛員首先讓“玉兔二號”來到了探測起點，經(jīng)過對撞擊坑的再次探測，科學(xué)家重新提供了探測點的坐標(biāo)，駕駛員經(jīng)過再次精心計算和精準(zhǔn)控制，使“玉兔二號”準(zhǔn)確對上了探測點。

隨后，駕駛員控制“玉兔二號”邁步向著探測坑前進，第一步走了28秒，“玉兔二號”來到前輪距離撞擊坑幾十厘米的地方，對撞擊坑再次進行了探測。然后，“玉兔二號”又往前走，持續(xù)了8秒，這已經(jīng)離撞擊坑很近了，但根據(jù)探測成像的結(jié)果，距離探測物質(zhì)的區(qū)域還有一小段距離。最后，駕駛員又小心翼翼地控制“玉兔二號”向前挪，持續(xù)了2秒，車輪的前沿已經(jīng)抵達撞擊坑的邊緣。根據(jù)測算，紅外成像光譜儀的視場已經(jīng)覆蓋探測物質(zhì)的邊緣，已經(jīng)有物質(zhì)進入紅外成像光譜儀的探測范圍。

此時車輪壓出的痕跡和推出的土堆都在畫面上清晰可見。“玉兔二號”已經(jīng)到達安全行駛的邊界，不能再往前了。駕駛員們完成探測后，控制“玉兔二號”后退到了月午點，月晝的科學(xué)探測暫告一段落。

再探神秘物質(zhì)

月午期間，科學(xué)家對上午取得的探測數(shù)據(jù)進行了分析，大家都翹首以盼，但得出的結(jié)論卻令人泄氣。雖然探測物質(zhì)已經(jīng)進入了紅外成像光譜儀的視場，但由于物質(zhì)自身的陰影較多，導(dǎo)致未能分析出物質(zhì)成分，上午的探測最終鎩羽而歸。

經(jīng)過這一番探索，大家多少有些沮喪，費這么大勁，還是沒有達到科學(xué)家的要求，他們申請下午繼續(xù)對該物質(zhì)進行探測。但是此時距離出月午只有兩天半的時間，科學(xué)家們認(rèn)為上午的探測將光照和路徑情況已經(jīng)摸得很清楚了，再往前走10厘米應(yīng)該就能輕松拿到數(shù)據(jù)。

但是駕駛員們知道，現(xiàn)實遠比想象嚴(yán)峻得多。下午太陽的位置變了，如果原路返回，太陽敏感器將全程失去作用，所以這個方案是不可行的。要想在下午實施探測，必須換個位置和方向重新開始，所有的方案也必須重新設(shè)計，而且由于月晝下午需要實施“休眠”，可探測的時間比上午更短，所有的工作必須精簡壓縮。就剩一個周末，方案必須在半天之內(nèi)拿出來。測量、設(shè)計、定位、投影、復(fù)核、準(zhǔn)備控制數(shù)據(jù)……

月午結(jié)束后，“玉兔二號”就快馬加鞭地開始了下午的探測之旅。按照規(guī)劃，第一步“玉兔二號”需要轉(zhuǎn)向80°，這是一個已經(jīng)進行了上百次的平常操作，但這次轉(zhuǎn)向卻只實施了很短的時間就結(jié)束了。駕駛員們多方查證后發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)向指令發(fā)出后不久，右前輪的角度超出了限制，因此判斷“玉兔二號”的控制系統(tǒng)輸入異常，實際只轉(zhuǎn)了2°便中止了。這是“玉兔二號”的一種自我保護機制，防止車輪被小石子鉤掛而對運動系統(tǒng)產(chǎn)生損傷，但卻讓地面上的駕駛員擔(dān)心了半天。地面重新制訂了轉(zhuǎn)向參數(shù)進行上注，“玉兔二號”這次一點一點完成了預(yù)期的轉(zhuǎn)向，太陽敏感器也顯示可見，所有系統(tǒng)一切正常。

解決了轉(zhuǎn)向未到位后，“玉兔二號”來到了探測起點，按照預(yù)定的探測計劃，“玉兔二號”調(diào)整航向后向著探測點再次進發(fā)，很快來到了同月晝上午位置差不多的坑邊。根據(jù)駕駛員的核算，此時“玉兔二號”的車輪距離撞擊坑邊沿還有10厘米左右，但是根據(jù)測算，再走10厘米，“玉兔二號”還是無法將紅外成像光譜儀的視場覆蓋到探測物質(zhì)，科學(xué)家要求再往前走15厘米。但這15厘米，在駕駛員的心中卻是一道重要的關(guān)口，這樣“玉兔二號”的前輪懸空部分就已經(jīng)探入撞擊坑，車輪受力的位置離坑邊很近了，會不會滑坡？

所有人聚集在遙操作大廳，一輪艱難的討論開始了，最后堅持科學(xué)探測的勇敢精神還是占了上風(fēng)。駕駛員決定控制“玉兔二號”再往前走15厘米，“玉兔二號”的俯仰角變大了，紅外視場看得更遠了，探測物質(zhì)已經(jīng)進入探測區(qū)域，但是從圖像上看效果仍不理想。

此時科學(xué)家們提出還需要再往前走2～4秒。駕駛員幾乎本能地說“不”！按照測算，此時車輪已經(jīng)探進坑了，再往前走，車輪的中心將壓到坑的邊緣，誰也不知道這個坑能不能受力。但已經(jīng)來到這里，一個巨大的寶庫就在面前，無法取得理想的探測結(jié)果恐怕將是所有人的遺憾。

飛控中心遙操作大廳里再次出現(xiàn)了激烈的討論，科學(xué)家們力陳此次探測的重要意義，駕駛員們則不停地測算這樣實施的結(jié)果。時間一分一秒地過去，太陽高度角越來越低，已經(jīng)到了需要尋找“休眠”點的時候，月面上的陰影也越來越長，再等下去將錯失探測良機。

中科院空間中心的主任也給測控通信系統(tǒng)總指揮打來電話，表明想探測坑底神秘物質(zhì)的強烈愿望?？傊笓]答復(fù)：“在確?！裢冒踩那闆r下，我們一定要幫助科學(xué)家拿到需要的數(shù)據(jù)，這也是‘玉兔探索月背奧秘的使命！”

駕駛員們在經(jīng)過反復(fù)計算確認(rèn)后決定再移動一次！于是再次用了3秒向前移動，遙測數(shù)據(jù)表明，俯仰角和滾動角都在朝著有利于探測的方向變化，控制實施得很精準(zhǔn)，擔(dān)心的滑坡沒有出現(xiàn)。駕駛員們立即組織感知成像和探測下傳，探測的結(jié)果出來了，在紅外成像光譜儀的視場中有一塊探測物質(zhì)，探測結(jié)果終于滿足了科學(xué)家們的要求。

“世之奇?zhèn)?、瑰怪，非常之觀，常在于險遠，而人之所罕至焉?！边@個月晝，“玉兔二號”看似凌亂繁復(fù)的步伐為月球背面的荒涼增添了諸多人氣和亮色，為人們講述著人類的探索故事。

再次揭秘神秘物質(zhì)

6月15日0時54分，“玉兔二號”再次從“休眠”中自主喚醒，開始第19個月晝的科學(xué)探測工作。

月夜期間，科學(xué)家們向駕駛員們表達了希望去撞擊坑進行探測的愿望，并在圖像上標(biāo)注出想要探測的區(qū)域。駕駛員們對光照情況、車體陰影、通信鏈路等情況進行了反復(fù)演算和復(fù)核，決定在這個月晝實施對膠狀物質(zhì)的探測。

第一天“醒”來后，“玉兔二號”便來到了預(yù)定的探測起點，然而考慮到能源的限制，朝向探測坑的航向此時無法實現(xiàn)功率平衡，第一天并不能實施瞄準(zhǔn)。于是，第二天一早，駕駛員們控制“玉兔二號”轉(zhuǎn)向撞擊坑成像，成像后利用“虛擬規(guī)劃”和視場投影技術(shù)對將要移動的路徑和移動后的紅外探測視場進行了模擬。

模擬結(jié)果顯示，受地形影響，預(yù)期探測視場相對探測目標(biāo)略偏左，于是駕駛員們控制“玉兔二號”向右側(cè)偏7°后，再次進行“虛擬規(guī)劃”和視場投影。

“虛擬規(guī)劃”仿真結(jié)果表明，這次移動后的探測能夠?qū)?zhǔn)探測目標(biāo)。于是駕駛員們控制“玉兔二號”向前移動了70.4厘米，來到坑邊實施探測，探測完畢后將數(shù)據(jù)回傳。探測結(jié)果顯示，此次探測視場離目標(biāo)已經(jīng)很近了，理論上再做微調(diào)應(yīng)該就能完成探測工作，但是駕駛員們從回傳的圖像上發(fā)現(xiàn)，由于太陽高度角較低，且坑內(nèi)地形較為復(fù)雜，導(dǎo)致撞擊坑內(nèi)遍布陰影，即使當(dāng)天再做微調(diào)，探測結(jié)果恐怕也無法令人滿意，于是駕駛員們與科學(xué)家們協(xié)商后決定當(dāng)天先撤退，待第二天再進行探測。

第二天一早，駕駛員們便與科學(xué)家們一同確定了移動方案，這次比上次多移動4秒，下傳結(jié)果顯示這次探測基本覆蓋了目標(biāo)，但不湊巧的是由于地形原因，視場中間依然存在一片陰影區(qū)域?？茖W(xué)家們提出需要再前進一步微調(diào)視場，駕駛員們卻十分擔(dān)心，由于太陽方位角變化，現(xiàn)在畫面右下角存在一大片車體陰影，導(dǎo)致右前輪與撞擊坑邊緣的位置關(guān)系并不明確，誰也不知道現(xiàn)在離坑邊有多遠。更重要的是，目前這片陰影已經(jīng)距離紅外視場很近了，隨著太陽方位角變化，這片陰影還將進一步向紅外視場的位置移動，一旦紅外視場被陰影覆蓋，那么這個上午的探測將無法實施。

駕駛員們需要與時間賽跑，爭分奪秒地確認(rèn)右前輪與坑邊的距離，最終與科學(xué)家們明確了前進1秒的微調(diào)方案。數(shù)據(jù)回傳后，大家都出了一身冷汗，陰影幾乎已經(jīng)伸到了紅外視場的邊緣！駕駛員們在陰影的威脅下，控制這次探測取得了圓滿的結(jié)果。

探測完成后，駕駛員們便控制“玉兔二號”來到了月午點。本以為月晝下午可以舒舒服服地向西北移動一步至“休眠”點，但月午期間科學(xué)家們又發(fā)來了新的探測需求，他們希望“玉兔二號”能夠?qū)μ綔y坑西側(cè)的濺射物進行探測。接到需求后，駕駛員們第一時間明確了探測方案，與科學(xué)家們達成共識。出月午后，駕駛員們便控制“玉兔二號”開始實施探測。

第一步要轉(zhuǎn)到探測航向，駕駛員們像往常一樣發(fā)送指令后便盯著遙測等轉(zhuǎn)向到位。然而意外出現(xiàn)了，“玉兔二號”的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)判斷左前輪超限，只轉(zhuǎn)了5°便退出了轉(zhuǎn)向模式，停在了原地。先前在第9月晝的科學(xué)探測期間也出現(xiàn)了這個情況，駕駛員們緊急檢查“玉兔二號”工況，確認(rèn)一切正常，對“玉兔二號”的車輪進行回零控制后也未發(fā)現(xiàn)異常。

駕駛員們決定實施第二次轉(zhuǎn)向控制，這次轉(zhuǎn)向順利，探測完成，科學(xué)家們?nèi)缭溉〉昧俗銐虻奶綔y數(shù)據(jù)來進一步揭開撞擊坑和探測物質(zhì)的神秘面紗。

一波三折遇“龍?zhí)丁?/p>

上個月晝駕駛員們經(jīng)過縝密計算，大膽決策，最終控制“玉兔二號”碾過深坑，登上高崗，來到安全的“休眠”點。

站在高崗上的“玉兔二號”“一覽眾山小”，“休眠”前“玉兔二號”對周邊地形進行了感知。駕駛員們發(fā)現(xiàn)，“玉兔二號”北側(cè)有一個全新的“景點”——直徑約9米的大型撞擊坑，坑緣西北位置還有一個“介紹牌”——直徑30厘米的石塊，彰顯著這個撞擊坑的不同尋常之處。

這個前所未見的地形引起了駕駛員們的注意，大家饒有興趣地猜測著撞擊坑的成因，最終將解謎目標(biāo)鎖定在這顆突兀的石頭上，決定走近它，去讀取其背后隱藏的故事。

駕駛員們利用“玉兔二號”的“休眠”時間，對獲取的圖像進行了縝密分析?！坝裢枚枴本嚯x石塊20多米，最少要移動3步才能接近，可見的近處雖然沒有太多深坑，但坑邊的地形并不可知，只能從月面趨勢圖上看到一片崎嶇之地。大家心里都有些不安，為此最終決定在確保“玉兔二號”安全的前提下慢慢地向撞擊坑西側(cè)繞行，逼近石塊。

“玉兔二號”喚醒后，經(jīng)過兩步的移動，在駕駛員們的控制下對撞擊坑進行了彩色成像。

圖像中幽深的撞擊坑底，石塊密布，隆起的坑沿在外側(cè)形成了天然的屏障，周邊散落的石塊如巨石陣一樣。此前，科學(xué)家們?yōu)椤坝裢枚枴痹诘谌聲兲綔y的石塊命名為“奇緣”，這次駕駛員們?yōu)檫@個深坑命名為“龍?zhí)丁?。自古奇景多險境，“龍?zhí)丁币膊惶摯嗣９黄淙?，預(yù)定目標(biāo)的探測路線上石塊和深坑特別多，且目標(biāo)區(qū)域坡度高達12°，如果繼續(xù)行駛則“玉兔二號”的安全將難以保障，無奈只能舍棄那塊石塊，退而求其次，繼續(xù)向西北移動，待月午后對撞擊坑西南側(cè)的小石塊進行探測。

月午時，駕駛員們在環(huán)拍獲得的地形產(chǎn)品上取得了目標(biāo)石塊的坐標(biāo)，據(jù)此計算出“玉兔二號”應(yīng)該轉(zhuǎn)到的位置和偏航角，確認(rèn)路線安全后就可以按照設(shè)計路線對石塊進行探測，并對撞擊坑近距離成像了?！坝裢枚枴瘪{駛員們經(jīng)過前面20多個月晝的探測與規(guī)劃，現(xiàn)在對這一系列流程可謂輕車熟路，移動一步便抵達了預(yù)定探測位置。經(jīng)過測算，目標(biāo)石塊完美進入紅外成像光譜儀的探測視場。

此次探測中，“玉兔二號”不僅再次獲取了月球背面新生的撞擊坑濺射物蘊藏的密碼，而且第一次使用導(dǎo)航相機將一個大型撞擊坑的完整地形記錄了下來。此外，駕駛員們還第一次使用3D軟件制圖，讓“龍?zhí)丁钡娜暗靡粤Ⅲw地呈現(xiàn)在大家面前。未來的日子里，“玉兔二號”將在月背之路上一往無前，為人類科學(xué)探索乘風(fēng)破浪、披荊斬棘。

（本刊節(jié)選）

〔本刊責(zé)任編輯? ?袁小玲〕

〔原載北京科技出版社《月背征途》〕