他們確實特別能戰(zhàn)斗——探月工程副總設計師孫輝先、有效載荷總指揮吳季談“嫦娥二號”有效載荷的研制

□ 本刊記者 何 研

探月工程副總設計師孫輝先

有效載荷總指揮吳季

問：“嫦娥二號”有哪些有效載荷，與“嫦娥一號”有哪些不同？

答：根據(jù)確定的科學目標，“嫦娥二號”配備了7種有效載荷。

為實現(xiàn)第一個科學目標，就是對月球表面進行三維立體成像，配備了CCD相機和激光高度計?！版隙鸲枴鄙系南鄼C分辨率可以優(yōu)于10米，這樣可以為后續(xù)的“嫦娥三號”著陸點選擇提供更準確的照片?！版隙鸲枴鄙系募す飧叨扔嫷念l度增加，“嫦娥一號”上的激光高度計是1秒鐘采一個點，現(xiàn)在是1秒鐘采5個點，提高了5倍，這樣可以縮短每一點之間的距離，使探測的高度、密度增加。

為實現(xiàn)第二個科學目標，就是探測月球表面物質(zhì)的化學成分，配備了X射線譜儀和γ射線譜儀。“嫦娥一號”在飛行過程中γ射線譜儀沒有開機，影響一些探測效果，這次在飛到月球之前就開機。γ射線譜儀的探測晶體靈敏度也提高，X射線譜儀的譜段選擇也做了調(diào)整，這次兩種儀器會得到更好的數(shù)據(jù)。

第三個科學目標是對月壤的探測，這是我國探月衛(wèi)星的特點，國外對月壤的探測沒有采用微波頻段，只能看到表面，沒法穿透，我們采用四個微波頻段，可以穿透月壤。為實現(xiàn)這一目標配備的微波探測儀這次沒有太大的改動，但可以將“嫦娥二號”和“嫦娥一號”獲取的數(shù)據(jù)疊加在一起進行更高分辨率的積分和分析，取得更新的成果。

第四個科學目標是探測地月空間環(huán)境和近月空間環(huán)境，配備的是高能粒子探測器和太陽風離子探測器。這些儀器在“嫦娥一號”上發(fā)揮了非常好的作用，這次依然配備，因為這次正處在第24個太陽風年。這個太陽風年比較奇怪，到現(xiàn)在上升得非常緩慢，可能是個小年。太陽風年每11年一個周期，起來后太陽黑子數(shù)量會增加，對衛(wèi)星會造成一定影響。但每個太陽風年會有高有低、有大有小，這次可能只是平均太陽風年活動強度的70%。所以“嫦娥二號”的高能太陽風粒子探測器還肩負著對新的太陽風年進行探測的使命。

歸納起來，“嫦娥二號”上的有效載荷與“嫦娥一號”上的有四個不同：一是相機換了，原來的分辨率是120米，現(xiàn)在的分辨率是小于10米，是完全重新設計。二是激光高度計原來是一秒鐘測一次，也就是每隔1.5公里左右測一個點，現(xiàn)在一秒種測5個點，這就意味著每300米就測一個點。三是γ射線譜儀原來用的晶體叫做碘化銫晶體，這次用的是一種新材料，叫溴化鑭，這種晶體使探測靈敏度提高一倍多。四是X射線譜儀和過去相比探測的范圍改了，在天上加上了一個定標源，這樣數(shù)據(jù)就會更準確。除了有效載荷外，為有效載荷的系統(tǒng)也作了不少改進，比如大容量存儲器。

問：這些有效載荷在衛(wèi)星上的工作方式怎樣？

答：由于是第一次，“嫦娥一號”比較慎重，不是直接飛到月球的。由于取得一些經(jīng)驗，“嫦娥二號”就直接飛向月球。從地球到月球之間，有幾種設備開機，一是高能粒子探測器，二是太陽風離子探測器。這是探測空間環(huán)境難得的機會，從地球到月球38萬公里，能探測地月之間的環(huán)境。在地月飛行過程中還要打開X射線譜儀和γ射線譜儀。

問：有效載荷有哪些技術(shù)上的難點和突破？

答：難度大的要數(shù)高分辨率相機和大容量存儲器。由于相機的任務確定比較晚，真正進入研制就只有一年多的時間，從設計到初樣再到正樣，加在一起只有一年的時間，過去從來沒有過。再有一個非常難的是大容量存儲器，這次必須改。在“嫦娥一號”上的存儲器在關(guān)機以后就沒了，所有的東西都抹掉了。這次要求要設計成關(guān)機后數(shù)據(jù)還保留。這么大容量的，對我們來講是第一次使用。這兩個就是在“嫦娥二號”中最難的，遇到問題最大的，但大家還是克服困難按要求研制成功。

問：除了芯片外，7種有效載荷還有沒有進口的？

答：在大規(guī)模、高集成度、功能特別強的集成電路中，一些材料是進口的，全部儀器設計集成是我們自己搞的。激光高度計全是國產(chǎn)的，實際上是一個激光雷達，第一要發(fā)出激光去，第二要把光束收回來。這臺設備從最原始的材料，比如，發(fā)激光首先要有發(fā)光的二極管做成集光器，集光器要把光束振蕩，能把激光打出去再收回來，還要能檢測到這個激光，這些所有的部件都是國產(chǎn)的，這個很不容易。就是從最基本的原始器件、發(fā)光二極管、雪邦二極管，一直到集光器再到整體設計全部是國產(chǎn)。

紫外月球敏感器標定測試試驗

問：這些有效載荷都是哪些單位研制的？

答：立體相機是中科院西安光機所研制的，激光高度計是中科院上海技術(shù)物理研究所研制的，γ射線譜儀是中科院紫金山天文臺研制的，X射線譜儀是中科院高能物理研究所的，微波探測儀是中科院空間中心研制的，高能粒子探測器、太陽風離子探測器、有效載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等都是中科院空間中心研制的。

問：空間環(huán)境預報有什么作用？

答:空間中心除了管理有效載荷的研制外，還承擔著空間環(huán)境的預報任務，這是為嫦娥工程的發(fā)射運行提供保障的。在空間中心掛靠著一個中國科學院的空間環(huán)境研究預報中心，這個中心由8個單位組成，包括觀測太陽的國家天文臺、觀測地磁的地球地質(zhì)物理所、觀測大氣的大氣物理所、武漢數(shù)學物理所，還有我們空間中心自己的宇宙線觀測臺站、大氣觀測臺站、電離層觀測臺站、地質(zhì)觀測臺地磁等，所有這些觀測的數(shù)據(jù)匯總到空間中心。我們有一套分析數(shù)據(jù)的軟件，對此進行分析和判斷，為衛(wèi)星工程提供保障。

嫦娥工程比較特殊，我們以前提供的所有空間環(huán)境的保障就像天氣預報一樣，都是在近地空間，也就是在地球附近。嫦娥工程是第一次走出地球去預報地球以外的空間，它的環(huán)境比較復雜，特別是我們對行星際的宇宙射線、地球磁場以外的宇宙射線、太陽宇宙射線、銀河宇宙射線經(jīng)驗不多，所以這是一個相當重的任務。現(xiàn)在我們保障分幾個階段：長期預報、中期預報、短期預報。

目前已進入短期預報了。主要預報發(fā)射點，在發(fā)射前后幾天有沒有大的太陽爆發(fā)，中高層大氣的風怎么樣，電離層怎么樣，這是發(fā)射保障。

還有就是空間碎片， 中國科學院單獨有一個空間碎片保障系統(tǒng)，這個保障系統(tǒng)的信息匯總到總裝測通所，總裝也專門要做一個空間碎片的預報，會不會發(fā)生碰撞。這些信息匯總以后才能決定發(fā)射。

在飛行過程中會不會發(fā)生情況，這時主要預報太陽爆發(fā)，如果太陽爆發(fā)突然噴射出來一團高能物質(zhì)，這個物質(zhì)又沖向地球與衛(wèi)星相遇，是非常危險的，可能我們的衛(wèi)星就會失效。這是第二階段保障。

第三階段保障任務就是進入軌道以后，在圍繞月球探測的時候，開始取數(shù)據(jù)的時候，這時候環(huán)境是不是安全，什么時候會出現(xiàn)大的爆發(fā)，這個我們要提供預報。這三個階段的預報是在任務期間我們分了三個階段，在任務發(fā)射前，我們有遠期、中期、短期預報，短期預報大概在發(fā)射前兩周左右，我們就開始每天都修正發(fā)射窗口的預報數(shù)據(jù)。

問：在“嫦娥二號”有效載效的研制過程中，科研人員都付出了巨大努力吧？

答：是這樣。“嫦娥二號”與“嫦娥三號”并行做，“嫦娥一號”的隊伍拆開了，有一部分轉(zhuǎn)到“嫦娥三號”上去了，現(xiàn)在還在研制過程當中，還有一部分在“嫦娥二號”。這樣一轉(zhuǎn)，有些年輕人就提上來了，而且確實做得都不錯，關(guān)鍵的時候都能發(fā)揮作用。這支隊伍確實是一支特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻的隊伍。