嫦娥四號(hào)翩落月，從此廣寒不再寒。
沉寂了幾十億年的月球背面，終于迎來第一位地球訪客——嫦娥四號(hào)。1月3日，嫦娥四號(hào)在飛越38萬公里，跋涉近1個(gè)月后，成功踏足月球背面。
在這臺(tái)人類史上里程碑式的大戲幕后，無數(shù)中國航空航天與科技工作者付出了畢生的努力與熱血，其中就有一支不可或缺的寧波力量。
奔月
50多年，他只干了這一件事
2018年12月8日凌晨2時(shí)，“月亮城”四川西昌。搭載著嫦娥四號(hào)探測(cè)器的長征三號(hào)乙遙三十火箭點(diǎn)火升空，開啟了人類首次月球背面軟著陸探測(cè)之旅。
火箭升空19分鐘后，器箭成功分離，嫦娥四號(hào)成功進(jìn)入近地點(diǎn)約200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)約42萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道。相比發(fā)射嫦娥三號(hào)時(shí)，這次火箭設(shè)計(jì)入軌精度提高了30%以上。
2000多公里之外的北京，余夢(mèng)倫院士第一時(shí)間收到了捷報(bào)，懸著的一顆心終于放下。
據(jù)了解，護(hù)航嫦娥四號(hào)奔月的火箭——長征三號(hào)乙遙三十，是由中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院總研制的。而承擔(dān)運(yùn)載火箭彈道設(shè)計(jì)的班組正是由甬籍中科院院士、中國航天事業(yè)奠基人之一余夢(mèng)倫領(lǐng)銜的“余夢(mèng)倫班組”。
“火箭發(fā)射不能保證百分之百成功，火箭發(fā)射時(shí)面臨劇烈的振動(dòng)力學(xué)環(huán)境，雖然近十年來，火箭發(fā)射成功率迅速提升，可風(fēng)險(xiǎn)還是有的。”余院士說。
運(yùn)載火箭的彈道設(shè)計(jì)是火箭核心參數(shù)的基因和靈魂，由于精度要求高和計(jì)算量大，彈道設(shè)計(jì)被稱之為火箭發(fā)射設(shè)計(jì)中“總體中的總體”。余夢(mèng)倫，是這個(gè)班組的第五任班組長，此后被授予“終身名譽(yù)班組長”。
1960年，從北京大學(xué)數(shù)學(xué)系畢業(yè)的余夢(mèng)倫，走進(jìn)剛剛組建的國防部第五研究院，加入了最基層的班組彈道組，參與了************顆火箭的彈道設(shè)計(jì)工作。此后50多年間，他就干了一件事——給導(dǎo)彈和火箭設(shè)計(jì)“******飛行路線”。
從東風(fēng)一號(hào)、東風(fēng)二號(hào)，到長征一號(hào)、長征二號(hào)，到神舟一號(hào)、神舟二號(hào)，再到后來的“嫦娥”奔月、“神九”“天宮”太空牽手……余夢(mèng)倫和他的班組為中國進(jìn)入太空的每一步，設(shè)計(jì)出了最美麗的飛行軌跡。
探月
為嫦娥擦亮眼睛
“嫦娥四號(hào)”降落相機(jī)所使用的“眼睛”，則是由浙江大學(xué)研發(fā)，寧波上市公司永新光學(xué)生產(chǎn)的。
據(jù)永新光學(xué)方面介紹，由于太空環(huán)境特殊，充滿輻射，“嫦娥四號(hào)”降落相機(jī)的鏡片材料極為特殊，是防輻射玻璃。它的鏡筒，則由鈦合金制作。這保證了在太空極端環(huán)境下，“眼睛”的高清晰成像質(zhì)量。
另外，因?yàn)樵诘孛娼M裝的鏡頭內(nèi)部會(huì)有空氣，進(jìn)入到太空的真空環(huán)境中，鏡頭里面的空氣會(huì)和外部環(huán)境形成壓差造成變形，導(dǎo)致像質(zhì)下降，甚至破壞。為此，鏡頭上專門設(shè)計(jì)了透氣孔，使鏡頭的內(nèi)外部環(huán)境達(dá)到平衡。
為了確保高質(zhì)量成像，永新光學(xué)的制造團(tuán)隊(duì)對(duì)每道工序都經(jīng)過了不計(jì)其數(shù)的試驗(yàn)。
“必須要做到極致。如果其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鏡頭‘罷工’，為了確保萬無一失，要應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)讓衛(wèi)星光學(xué)鏡頭集防輻射、防震、抗溫度劇烈變化、防塵等功能于一身。”永新光學(xué)總經(jīng)理毛磊介紹說，為了這只“眼睛”，他們?cè)?jīng)用了5年，做了100多只鏡頭，記錄下了每個(gè)零件、每道工序的詳細(xì)數(shù)據(jù)，最后積累下了上萬套的資料和數(shù)據(jù)。
其實(shí)，這不是永新光學(xué)第一次制造探月“眼睛”。
早在2010年“嫦娥二號(hào)”發(fā)射時(shí)，永新光學(xué)與浙江大學(xué)一起研制的3臺(tái)監(jiān)視相機(jī)和一臺(tái)降落相機(jī)的鏡頭，便搭載其上。而此次“嫦娥四號(hào)”的這只“眼睛”，也曾經(jīng)應(yīng)用在“嫦娥三號(hào)”上，記錄下了“嫦娥三號(hào)”在月球表面降落時(shí)驚心動(dòng)魄的6分鐘。
永新光學(xué)還參與了“鵲橋”號(hào)中繼星光學(xué)相機(jī)鏡頭的制造。該相機(jī)系統(tǒng)也是“鵲橋”號(hào)中繼星上唯一的相機(jī)系統(tǒng)。“鵲橋”號(hào)中繼星為“嫦娥四號(hào)”的著陸器和月球車提供地月中繼通信支持。
此外，王建宇團(tuán)隊(duì)還為首次到達(dá)月球背面的月球車裝上了“紅外眼”——紅外成像光譜儀。月球車走到哪里，這雙“眼睛”就看向哪一片月面。通過獲取精細(xì)光譜信息，這臺(tái)儀器可以幫助科學(xué)家識(shí)別月壤及月面巖石的成分。王建宇介紹，嫦娥四號(hào)紅外成像光譜儀不僅集成最新遙感技術(shù)，還成功實(shí)現(xiàn)輕小型化，重量不到6千克，綜合性能優(yōu)于歐美同類產(chǎn)品。
登月
“我們是睜著眼睛下去的”
2019年1月3日，嫦娥四號(hào)探測(cè)器來到了月球背面南極-艾特肯盆地內(nèi)的馮·卡門撞擊坑上空，準(zhǔn)備進(jìn)行人類首次月球背面軟著陸。
要完成這一壯舉，讓嫦娥四號(hào)探測(cè)器找到合適的位置、平坦的表面著陸，則少不了嫦娥四號(hào)探測(cè)器上裝備的激光測(cè)距敏感器和激光三維成像敏感器。
負(fù)責(zé)研制這兩樣設(shè)備的是中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇院士團(tuán)隊(duì)。王建宇是浙江寧波人，本科畢業(yè)于原杭州大學(xué)物理系。
據(jù)王建宇介紹，激光測(cè)距敏感器仿佛一臺(tái)高性能“倒車?yán)走_(dá)”。在嫦娥四號(hào)著陸器距離月面15千米高度時(shí)，激光測(cè)距敏感器就開始工作，每秒向月面發(fā)射兩次激光脈沖。通過測(cè)量月面回波脈沖信號(hào)與激光發(fā)射脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，獲得嫦娥四號(hào)著陸器相對(duì)于月面的精確距離，測(cè)量精度0.2米之內(nèi)。
“在著陸器下降到距月面約8千米時(shí)，姿態(tài)發(fā)生調(diào)整，激光測(cè)距敏感器也將隨之切換測(cè)距方向，直到完成平穩(wěn)落月。”王建宇說，嫦娥四號(hào)激光測(cè)距敏感器的激光光源、探測(cè)器、高壓電源等核心元部件均為國產(chǎn)自研，并進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的集成化、輕量化程度。
而激光三維成像敏感器則幫助嫦娥四號(hào)解決“往哪里落”的問題。“雖然預(yù)定著陸區(qū)艾特肯地區(qū)較為平坦，但表面仍然存在高坡、隕石坑、大石塊等諸多不確定因素，所以精確避障極為重要。”王建宇說。
嫦娥四號(hào)到達(dá)距月面100米的懸停位置時(shí)，激光三維成像敏感器開始工作：采集月面的三維圖像，將高于15厘米的石頭或低于15厘米的坑識(shí)別出來，確保探測(cè)器降落在安全區(qū)域。如此精細(xì)的掃描成像的工作，在短短幾秒內(nèi)就完成了。
值得一提的是，我國在幾個(gè)航天大國中較早地把激光三維成像技術(shù)應(yīng)用于月面著陸，目前應(yīng)用非常成熟。探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁院士曾形象地說：美國人登陸月球是閉著眼睛下去的，我們則是睜著眼睛下去的。
嫦娥四號(hào)的“關(guān)節(jié)”也是寧波檢測(cè)的。據(jù)兵科院寧波分院介紹，探測(cè)器上的關(guān)鍵閥體是由該院負(fù)責(zé)檢測(cè)，為“嫦娥”順利探月提供了保障。
關(guān)鍵閥體相當(dāng)于探測(cè)器的“關(guān)節(jié)”，從入軌后的變軌、飛船姿態(tài)控制、避障、懸停、緩速降落的全過程，都由各種關(guān)鍵閥體協(xié)同工作下完成。
嫦娥四號(hào)上有近百個(gè)閥體，由電子束焊縫焊接，多數(shù)直接暴露在宇宙復(fù)雜的環(huán)境中，容不得一點(diǎn)細(xì)微瑕疵。這對(duì)檢測(cè)儀器精度和人員技術(shù)提出了更高要求。通過20余年的經(jīng)驗(yàn)積累和自主創(chuàng)新，兵科院寧波分院理化檢測(cè)中心研發(fā)出高精度工業(yè)CT檢測(cè)技術(shù)，保證了這些關(guān)鍵零部件的質(zhì)量及可靠性。
不僅如此，此前，該團(tuán)隊(duì)還先后為神舟系列、天宮一號(hào)、天宮二號(hào)、嫦娥系列等國家航天產(chǎn)品進(jìn)行了檢測(cè)。此外，國內(nèi)首條自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁懸浮專列、杭州灣跨海大橋上的關(guān)鍵部件，也是由該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)質(zhì)量把關(guān)。
作為我國最早開展工業(yè)CT檢測(cè)應(yīng)用的單位，該院還牽頭制定了該技術(shù)領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了國內(nèi)該技術(shù)領(lǐng)域的空白。
新聞鏈接
寧波的航天力量
在整個(gè)中國航天發(fā)展進(jìn)程中，寧波籍的院士科學(xué)家與寧波“民參軍”企業(yè)一直在默默奉獻(xiàn)著。
這次承擔(dān)激光測(cè)距敏感器和激光三維成像敏感器研究的負(fù)責(zé)人王建宇院士，在2016年就承擔(dān)了全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射的總指揮。
而出生于鎮(zhèn)海的樂嘉陵院士，則是中國航天的空氣動(dòng)力學(xué)專家。長期從事超聲速氣動(dòng)地面試驗(yàn)設(shè)備的研制及戰(zhàn)略武器、運(yùn)載火箭的氣動(dòng)理論和實(shí)驗(yàn)研究，取得了一系列重大研究成果。
還有余姚人、中國工程院院士俞夢(mèng)孫，是我國航空生物醫(yī)學(xué)工程的創(chuàng)始人，航空醫(yī)學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程專家。1958年，他參與研制成功我國第一臺(tái)航空醫(yī)學(xué)遙測(cè)裝置，首次對(duì)飛行于3500米高空的飛行員進(jìn)行遙測(cè)，開創(chuàng)了我國航空生物醫(yī)學(xué)工程研究事業(yè)。
而在2016年中秋之夜，天宮二號(hào)成功發(fā)射的背后，也有我市企業(yè)的身影。在發(fā)射前為天宮二號(hào)航天員系統(tǒng)提供高純度氧氮混合氣體的是一臺(tái)增壓混氣氣源車。這臺(tái)車的研制任務(wù)就是由寧波星箭航天機(jī)械有限公司完成的。
此外，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室中的控制伺服電機(jī)的核心組件所使用的磁鋼是由寧波科星材料科技有限公司所生產(chǎn)的。天宮二號(hào)到達(dá)預(yù)定軌道后，提供電力的太陽能電池帆板會(huì)打開，這個(gè)動(dòng)作正是由電機(jī)控制進(jìn)行的。
記者 樂驍立 王婧