征服月背
——嫦娥四號(hào)探測(cè)器總體部研制團(tuán)隊(duì)紀(jì)實(shí)
“嫦娥四號(hào)的月球車(chē)進(jìn)入視野”，6月8日，美國(guó)航天局發(fā)布“月球勘測(cè)軌道飛行器”對(duì)中國(guó)嫦娥四號(hào)著陸點(diǎn)的第二次成像圖片，并拍到了月球車(chē)——玉兔二號(hào)巡視器。
太空探索永無(wú)止境。2019年1月11日，探月工程嫦娥四號(hào)任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功，首次實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)在月球背面軟著陸和巡視勘察。在此次任務(wù)中，中國(guó)航天科技集團(tuán)五院總體部承擔(dān)了嫦娥四號(hào)探測(cè)器抓總研制以及著陸器總體、熱控、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、著陸緩沖，巡視器總體、熱控、遙操作分系統(tǒng)等研制工作。在研制過(guò)程中，總體部團(tuán)隊(duì)成員遇到了哪些挑戰(zhàn)，克服了什么困難，又有著怎樣令人難忘的經(jīng)歷？以下來(lái)逐一揭曉——
敦煌無(wú)人區(qū)里的試驗(yàn)
在月背軟著陸有多難？
嫦娥四號(hào)探測(cè)器項(xiàng)目執(zhí)行總監(jiān)張熇告訴記者，探測(cè)器要想在月球背面軟著陸遠(yuǎn)遠(yuǎn)比在月球正面難得多，雖然月球正面也是山峰林立，但地勢(shì)相對(duì)平坦，可供探測(cè)器著陸，此前人類(lèi)發(fā)射的許多探測(cè)器和宇航員登月都選擇了這些地方。月球背面卻布滿(mǎn)了溝壑、峽谷、火山口和懸崖，很難找到一塊軟著陸的理想地點(diǎn)。
要想順利實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)，該怎么辦？面對(duì)嫦娥四號(hào)登陸月背的第一道難關(guān)，來(lái)自總體部空間科學(xué)與探測(cè)總體室的探測(cè)器總體設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在張熇總監(jiān)帶領(lǐng)下，查閱了大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和資料，特別是對(duì)嫦娥二號(hào)拍攝的月球資料和美國(guó)公開(kāi)發(fā)表的圖像資料進(jìn)行學(xué)習(xí)研究，同時(shí)向多位航天專(zhuān)家和相關(guān)科學(xué)家咨詢(xún)請(qǐng)教，綜合分析月球背面的土壤特性、環(huán)境特性及不確定性、元素分布等情況，進(jìn)行了多輪篩選和迭代。
最終，在月球背面崎嶇復(fù)雜的地形中，著陸器總體主任設(shè)計(jì)師李飛選擇出整體平坦程度與嫦娥三號(hào)虹灣地區(qū)相近的主、備兩個(gè)著陸區(qū)，在任務(wù)設(shè)計(jì)的源頭最大程度地提高了著陸的可靠性和安全性，解決了著陸區(qū)選擇的巨大難題。
對(duì)巡視探測(cè)器來(lái)說(shuō)，研制試驗(yàn)主要分為內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)和外場(chǎng)試驗(yàn)。“室內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)就在航天城里做，主要模擬月面環(huán)境，例如用火山灰模擬月壤。”巡視器遙操作分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師彭松告訴記者，由于火山灰顆粒非常細(xì)小，會(huì)滲透進(jìn)皮膚，同時(shí)又要模擬太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱，所以室內(nèi)溫度很高，大家常常穿著短袖短褲進(jìn)去，皮膚有時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)敏。
外場(chǎng)試驗(yàn)則選擇在敦煌無(wú)人區(qū)的沙漠里，“大家都住在帳篷和活動(dòng)板房里。吃飯時(shí)飯里有好多沙子，晚上睡覺(jué)時(shí)經(jīng)常能聽(tīng)見(jiàn)狼的叫聲。”彭松說(shuō)，在這樣的環(huán)境中，他們做了整整一個(gè)月的試驗(yàn)。
“穩(wěn)穩(wěn)一落”背后的系統(tǒng)工程
為了實(shí)現(xiàn)探測(cè)任務(wù)，著陸器必須具備多種技能：具有能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的太陽(yáng)能翅膀、能夠保證安全降落月球的緩沖腿、可以把背上的月球車(chē)平穩(wěn)放到月面的懸梯、具有眼觀八方功能的相機(jī)旋轉(zhuǎn)臂，以及魔術(shù)棒一樣的探測(cè)天線(xiàn)等。著陸器上面這些功能各異的機(jī)構(gòu)，就是由總體部嫦娥四號(hào)結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)研制的。
在這些機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)是嫦娥四號(hào)探測(cè)器的關(guān)鍵單機(jī)，肩負(fù)著將巡視器由著陸器釋放至月面的重任。然而，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)組成復(fù)雜，包含了懸梯、緩釋、展開(kāi)等八個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊都是一個(gè)小機(jī)構(gòu)，說(shuō)它們組成了一個(gè)系統(tǒng)都不為過(guò)；同時(shí)，轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)還面臨著惡劣的空間環(huán)境，除了承受各種力、熱載荷，需要經(jīng)歷月塵環(huán)境的考驗(yàn)。
如何使如此復(fù)雜的機(jī)構(gòu)在惡劣環(huán)境中可靠工作？
設(shè)計(jì)師李新立經(jīng)過(guò)逐步推進(jìn)，從設(shè)計(jì)階段的多方案論證、仿真分析、故障分析；到加工裝配階段深入一線(xiàn)，加強(qiáng)質(zhì)量管控；再到發(fā)射場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中的精心組織，率先通過(guò)機(jī)構(gòu)專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試……最終，確保了轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)順利將巡視器轉(zhuǎn)移到月面。
嫦娥四號(hào)穩(wěn)定可靠地著陸月球背面，全靠著陸器上面的四條緩沖、支撐一體化的著陸緩沖機(jī)構(gòu)。總體部著陸器著陸緩沖研制團(tuán)隊(duì)從接到研制任務(wù)就開(kāi)始自主創(chuàng)新，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。著陸緩沖機(jī)構(gòu)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“偏置收攏、自我壓緊”式方案，既保證了收攏簡(jiǎn)單、展開(kāi)可靠，又省去了與著陸器主結(jié)構(gòu)之間的壓緊點(diǎn)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)組成和總裝工作，為保證著陸緩沖機(jī)構(gòu)的總裝質(zhì)量及其在月面的可靠緩沖奠定了基礎(chǔ)。
“決戰(zhàn)”前發(fā)現(xiàn)雷達(dá)天線(xiàn)參數(shù)“微小變化”
2018年10月31日是嫦娥四號(hào)著陸器定向天線(xiàn)最終在著陸器上用火工品壓緊的日子。此前一天，晚飯剛過(guò)，夜色降臨，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心協(xié)作樓外寒風(fēng)瑟瑟。總體部著陸器定向天線(xiàn)研制團(tuán)隊(duì)的10余人圍坐在協(xié)作樓一層大堂的小圓桌旁，開(kāi)始了天線(xiàn)最終壓緊及狀態(tài)確認(rèn)的“戰(zhàn)前”推演。在這之前，研制團(tuán)隊(duì)已經(jīng)不止一次開(kāi)展最終壓緊的工藝推演、流程梳理、問(wèn)題預(yù)判等工作。此次會(huì)商，是對(duì)第二天工作的再梳理、再熟悉、再確認(rèn)。
最終壓緊的日子到了。一大早，研制團(tuán)隊(duì)來(lái)到技術(shù)區(qū)，按序進(jìn)行加熱片和熱敏電阻檢查、雙軸轉(zhuǎn)動(dòng)前狀態(tài)確認(rèn)……一直到最后壓緊點(diǎn)膠和最終狀態(tài)確認(rèn)，團(tuán)隊(duì)成員保質(zhì)保量、按時(shí)順利完成了工作，確保了探測(cè)器發(fā)射場(chǎng)工作有序推進(jìn)。
“我們?cè)谝淮螠y(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)雷達(dá)天線(xiàn)的一個(gè)參數(shù)有微小的變化，推斷可能存在一些問(wèn)題。”對(duì)嫦娥四號(hào)巡視器總體主任設(shè)計(jì)師申振榮來(lái)說(shuō)，在巡視器出廠前也遇到過(guò)難題。
這時(shí)距離出廠已經(jīng)很近了，但是整個(gè)產(chǎn)品重新投產(chǎn)涉及到的環(huán)節(jié)比較多，按照正常流程至少要花費(fèi)三、四個(gè)月的時(shí)間。“我們的單機(jī)生產(chǎn)單位連軸轉(zhuǎn)，計(jì)劃調(diào)度基本上按小時(shí)來(lái)安排。最終在不到一個(gè)月的時(shí)間里完成了該產(chǎn)品的重新投產(chǎn)，在進(jìn)發(fā)射場(chǎng)之前順利研制出來(lái)。”申振榮說(shuō)，這個(gè)天線(xiàn)的在軌表現(xiàn)也很好，得到了月球背面月壤的分層結(jié)構(gòu)。
“我希望自己的工作永遠(yuǎn)沒(méi)有用到的一天”
從航天城AIT大廳到著陸驗(yàn)證場(chǎng)，從月球樓的內(nèi)場(chǎng)到遠(yuǎn)在千里之遙的發(fā)射場(chǎng)，處處活躍著嫦娥四號(hào)綜合測(cè)試團(tuán)隊(duì)的忙碌身影。
為了充分驗(yàn)證探測(cè)器的各項(xiàng)功能與性能，著陸器與巡視器不僅需要各自完成航天器常規(guī)的測(cè)試項(xiàng)目，還要增加多項(xiàng)專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)，技術(shù)難度大、測(cè)試周期長(zhǎng)。為此，測(cè)試團(tuán)隊(duì)制訂各項(xiàng)技術(shù)路線(xiàn)，與總體、各分系統(tǒng)協(xié)同克服了各階段發(fā)生的所有異常。
發(fā)射任務(wù)期間，齊天樂(lè)和馬千里兩位新人恰好趕上婚禮，他們一邊籌備婚禮，一邊準(zhǔn)備進(jìn)場(chǎng)工作，打點(diǎn)個(gè)人行李。婚禮結(jié)束后，二人一天也沒(méi)耽擱，次日上午就在發(fā)射場(chǎng)投入了工作狀態(tài)。馬千里更是克服了測(cè)試流程復(fù)雜，人手緊張等困難，獨(dú)立完成了巡視器全部測(cè)試細(xì)則的編寫(xiě)，并通過(guò)清晰的指令發(fā)送和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)判讀，完成各項(xiàng)測(cè)試工作。
據(jù)嫦娥四號(hào)巡視器總體副主任設(shè)計(jì)師溫博介紹，巡視器在軌制定的故障預(yù)案有116項(xiàng)，大大小小的專(zhuān)項(xiàng)預(yù)案加起來(lái)有幾百項(xiàng)。“比如在移動(dòng)系統(tǒng)方面，有車(chē)輪沉陷、電壓的異常升高或降低、電流發(fā)生異常、整期的溫度突然升高或降低等，如何應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，都是我要預(yù)先想到的。”
“幸運(yùn)的是嫦娥四號(hào)目前為止在軌工作一切都很順利，沒(méi)有用到過(guò)任何一項(xiàng)故障預(yù)案。”溫博說(shuō)，“我希望自己的工作永遠(yuǎn)沒(méi)有用到的一天。”（楊文佳）