中國科學報：托起“嫦娥”的中科院人

嫦娥三號任務器地正樣對接試驗。

地面應用系統嫦娥三號任務演練。

　　12月2日凌晨，嫦娥三號發射時，中國科學院嫦娥三號任務有效載荷發射場試驗隊隊員們聚在一起，看著火箭緩緩上升，欣慰地鼓掌慶祝。回憶起這三個多月的日子，有效載荷發射場試驗隊隊長龐紅勛感慨良多：“個中艱辛只有親身經歷才能理解。”

　　經過十多天的飛行，嫦娥三號即將執行“軟著陸”、兩器分離及兩器互拍等關鍵任務。

　　12月14日，由中國科學院國家天文臺牽頭組織的地面應用系統將迎來此次任務最緊張的時段，從這天開始，嫦娥三號將開始科學數據接收、處理及遙科學等任務。

　　自2004年1月國務院正式批準繞月探測工程立項以來，我國探月工程已走過近十年歷程，中科院的“嫦娥”人也風雨兼程地走過了十年成長路。中國科學院副院長陰和俊自豪地說：“中國科學院是我國探月工程的倡導者、推動者，也是重要的參研部門之一。”

　　十年的歷練，十年的成長，中科院“嫦娥”人已逐步成為我國實施探月工程的重要力量之一。

　　探月的“發動機”

　　2004年，我國在繞月探測工程正式立項后，也首次在工程上任命了“首席科學家”。

　　“從開始論證探月工程時，我們就很注重它的科學性，注重科學與技術并用。因此，我們每一次任務都會提出兩組目標：一組是工程目標，一組是科學目標。”中國探月工程領導小組高級顧問、中國科學院院士歐陽自遠在接受《中國科學報》記者采訪時說。

　　同為中國探月工程領導小組高級顧問的中國工程院院士欒恩杰曾在采訪時指出：“是技術和科學牽引了‘嫦娥’。”

　　而牽頭組織制定我國嫦娥工程科學目標，并提出科學載荷配置需求的機構正是中國科學院。這部分工作雖名不見經傳，但工程的其他工作都要以此為據，整個工程也正是為了實現這些科學目標。“科學目標牽引了整個工程。”歐陽自遠說。

　　早在1994年，歐陽自遠等專家經過一年的辛苦工作完成了第一份較完整的月球探測可行性報告，提出了開展月球探測發展階段設想、第一階段月球探測的科學目標和第一顆月球衛星的設想方案。

　　1998年，在國家“863-703”項目支持下，中國科學院地球化學所和空間中心共同完成了我國月球探測發展戰略的研究項目。該項目提出了開展我國月球探測發展規劃的初步設想。

　　在此基礎上，中科院啟動了知識創新方向性項目，支持以歐陽自遠為中科院首席科學家的研究團組開展“我國月球資源探測衛星科學目標研究”。該項目的參加單位包括中國科學院地球化學所、國家天文臺、空間中心、西安光機所、上海天文臺等。

　　2001年，中科院根據自身有效載荷研制技術的水平與現狀，再次啟動創新性方向項目——“月球探測關鍵科學技術研究”。經過幾年的研究和攻關，2003年以歐陽自遠為首席科學家的研究團組完成了題為《月球探測關鍵科學技術研究》的研究報告。

　　從嫦娥工程正式實施以來，中科院努力做好工程的科學論證工作，先后牽頭組織制定了于2007年實施的嫦娥一號任務的四大科學目標、2010年實施的嫦娥二號的四大科學目標。

　　2009年，中科院月球與深空探測總體部根據當年8月25日工程總師系統會議的安排，組織開展了“嫦娥三號任務有效載荷與科學目標專題”研究，經過多年的論證，提出了嫦娥三號任務的三大科學目標，即月表形貌與地質構造調查、月表物質成分和可利用資源調查、地球等離子層探測和月基光學天文觀測，并提出了嫦娥三號八大有效載荷的配置需求。

　　至此，嫦娥三號任務也有了科學的“發動機”。

　　壯大的“月光族”

　　在探月工程的五大系統中，地面應用系統是唯一一個因嫦娥工程而新組建的系統，被譽為探月工程的“頭”和“尾”。地面應用系統的主要任務包括，在方案和設計階段提出科學目標，在業務運行階段對有效載荷進行運行管理，最終組織開展科學研究與應用。

　　不過，地面應用系統總設計師李春來在接受《中國科學報》記者采訪時坦言：“這是我國第一個深空探測的應用系統，我們幾乎是從一張白紙做起。”

　　然而，這支新兵隊伍在嫦娥工程的歷練中不斷成長、壯大。2007年，地面應用系統組建了運行管理、數據接收、數據管理、數據預處理、科學應用與研究五個分系統，順利地完成了嫦娥一號任務的各項要求。2010年，為適應嫦娥二號的任務需求，地面應用系統進行了相應的改造工作，如更新地面應用系統的數據處理系統、增強計算能力等。

　　李春來告訴《中國科學報》記者，在嫦娥三號任務中，地面應用系統不僅負責制定嫦娥三號任務科學探測計劃，完成有效載荷運行管理，還負責著陸器和巡視器下行探測數據的地面接收、處理和管理。同時，科學探測數據的存儲與發布，組織科學家進行數據產品生產、科學應用與研究，以及開展相關的科學普及工作也是地面應用系統的任務。

　　面對嫦娥三號任務的主要創新點和任務要求，地面應用系統在北京新建了遙科學探測實驗室，設立了遙科學探測分系統。“其主要任務是根據獲得的數據，監視有效載荷工作狀況和現場環境，并對巡視器周圍月面物體的特征信息進行實時分析測量，為感興趣的探測目標提供必要信息和選擇，以實時交互或聯動方式控制有效載荷，進而完成科學探測任務。”地面應用系統副總設計師劉建軍對《中國科學報》記者說。

　　“因此，我們的科學家會進入一種與月亮一同作息的‘月光’工作時間，月出而作，月落而息。”劉建軍笑稱，“我們都是‘月光族’。”

　　“結束”后的開始

　　即將著陸月球的嫦娥三號探測器搭載了8臺有效載荷，中科院多家研究所承擔了除降落相機以外其他7臺有效載荷的研制工作。

　　嫦娥三號探測器系統總設計師孫澤洲告訴《中國科學報》記者：“這些科學探測設備都是新研制的，其中，月基光學望遠鏡、極紫外相機和測月雷達將是國際首次在月球上開展這類實驗的設備。”

　　這三臺儀器的作用，用歐陽自遠的話說，便是“觀天、看地和測月”。中科院國家天文臺研制的月基光學望遠鏡在月晝期間進行月基光學天文觀測;中科院長春光學精密機械與物理研究所研制的極紫外相機將首次實現在月面對地球等離子體層進行極紫外成像觀測。中科院電子學研究所研制的測月雷達，則將在巡視器行走路線上開展月球次表層結構探測。

　　為完成嫦娥三號發射任務，今年9月，中科院成立了嫦娥三號有效載荷發射場試驗隊，進駐西昌衛星發射中心。90多天里，試驗隊先后共80多名隊員進入發射基地執行了各項任務。

　　比如，按有效載荷發射場工作技術流程，分系統需要在技術廠房開展著陸器有效載荷極紫外相機某專項試驗。在試驗的實施過程中，試驗隊經過三天三夜的奮戰，終于完成了這一任務。長春光機所科研人員劉世界對《中國科學報》記者說：“這是有效載荷全體試驗隊員憑著航天人‘四個特別’的精神，努力協作取得的成績。”

　　如今，這支試驗隊的成員已轉戰北京，投入到新的任務中。對他們而言，發射成功并不意味著嫦娥三號任務的結束，有效載荷的主要工作才剛剛開始。探測器著陸后，有效載荷分系統各臺設備將按計劃開機工作。

　　有效載荷系統中，另一個不得不提的便是嫦娥三號任務中的“夫妻檔”——一個是嫦娥三號任務有效載荷全景相機的主任設計師，一個是嫦娥三號任務有效載荷月基光學望遠鏡的副主任設計師。他們就是中科院西安光機所研究員楊建峰和阮萍。

　　作為中科院西安光機所光譜成像技術實驗室主任，楊建峰曾參與了我國嫦娥工程立項論證的全過程，先后負責了嫦娥一號、二號、三號任務中主要光學載荷的規劃與論證。阮萍則在嫦娥一號、二號任務中，兩次負責CCD立體相機的結構設計、光軸配準、地檢景物模擬器設計等工作。

　　除科學載荷外，中科院還在嫦娥三號任務中承擔了多項工程載荷的任務。例如，中科院合肥物質科學研究院固體物理研究所研制的著陸器緩沖拉伸桿，主要任務是吸收著陸時的沖擊功;中科院上海技術物理研究所研制的激光三維成像敏感器和激光測距敏感器也是保證探測器安全著陸的重要載荷。

　　“大眼睛”的“處女秀”

　　12月2日11時6分，位于上海佘山的65米口徑射電望遠鏡——天馬望遠鏡開始正式捕捉嫦娥三號探測器。

　　2008年起，在中科院和上海市的“院市合作”計劃及探月工程支持下，經過四年的建設，2012年這臺65米口徑射電望遠鏡在上海天文臺佘山基地落成。

　　“目前，它是我國口徑最大、波段最全的一臺全方位可轉動的射電望遠鏡，總體性能在國際上處于前列。”上海天文臺臺長洪曉瑜說，“這臺設備將在我國探月工程二期、三期中執行甚長基線干涉測量(VLBI)測軌和定位任務。”

　　在嫦娥工程中，中科院天文測量VLBI網成為了VLBI測軌分系統，已圓滿完成了嫦娥一號、嫦娥二號的繞月衛星測定軌任務。

　　在接下來的三個月時間里，天馬望遠鏡和新落成的佘山探月指揮中心將首次參與探月衛星精確測軌、定軌，與北京密云、云南昆明、新疆烏魯木齊等5臺望遠鏡合作，為數十萬公里的“嫦娥落月”之旅指路。

　　如果說，天馬望遠鏡是探月的“大眼睛”，那么幾公里外的上海天文臺探月指揮中心則是VLBI網的“大腦”。該中心位于佘山科技園區，今年8月正式落成，嫦娥三號任務是它的“處女秀”。

　　與嫦娥一號和嫦娥二號不同，嫦娥三號探測器VLBI測定軌任務增加了△DOR和同波束干涉測量等新的測量技術，跟蹤和測量對象由原來只跟蹤環月軌道器增加為跟蹤環月軌道器、著陸器和巡視器三個探測器。新技術還使VLBI中心向北京航天控制中心準實時提供測量數據的滯后時間由原來的10分鐘縮短為1分鐘。

　　科研的“沖鋒隊”

　　2007年11月26日，時任國務院總理溫家寶為我國首次月球探測工程所獲得的第一幅月面圖像揭幕。這一舉動標志我國首次探月工程取得圓滿成功。

　　2010年11月8日，溫家寶為嫦娥二號衛星傳回的嫦娥三號預選著陸區——月球虹灣地區的局部影像圖揭幕，標志著嫦娥二號工程任務取得圓滿成功。

　　這些影像圖只是嫦娥一號、二號科學成果的一部分。

　　在嫦娥工程月球科學應用首席科學家的帶領下，經中科院和全國科學家的共同努力，嫦娥一號、二號獲得了大量月球數據產品和科學成果。

　　例如，嫦娥一號任務取得圓滿成功后，在國家“863”計劃重點項目“繞月探測工程科學數據應用與研究”的支持下，中科院組織全國27家科研院所、200余位科研人員，經過近兩年的研究，取得了一系列的科學成果，突破了10余項關鍵技術，為推動我國月球科學和天體化學的研究以及后續月球探測工程的開展奠定了重要基礎，填補了我國在月球和深空探測領域的空白。

　　據介紹，為推進嫦娥三號任務科學探測數據應用研究和產出，中科院近期還組織全國優勢力量，組建了“月球地形地貌與地質構造研究”“月面化學特征及其演化規律研究”“月球區域地球化學與構造動力學演化模型研究”“地球等離子體層特征及其與太陽風相互作用研究”“月基光學天文研究”等五個科學應用核心團隊。

　　這些核心團隊是嫦娥三號任務科學應用與研究工作的“主力軍”和“沖鋒隊”，將在探月工程二期月球科學應用首席科學家嚴俊的領導下，第一時間開展嫦娥三號科學探測數據的應用與研究工作。

　　相對于嫦娥一號、嫦娥二號，嫦娥三號任務的科學探測數據則更具科學研究價值。“中科院也期待更多領域的科學家，積極投入嫦娥三號任務，取得更多有創新、有價值的科學新發現、新成果。”嚴俊說。