我們是“嫦娥”最長的長工——“嫦娥二號”地面應用系統總設計師李春來、副總指揮劉建忠等談探月工程的地面應用

□ 本刊記者 何 研

問:什么是我國月球探測規劃的“大三步”、“小三步”？

答:我國月球探測規劃為“大三步，小三步”。“大三步”是指“探登駐”，也就是無人探測、載人登月探測、建立月球基地。

“小三步”是指目前正在逐步實施的“繞落回”。“繞”就是“嫦娥一號”衛星；“落”是探月二期工程，實際上包括“嫦娥二號”、“嫦娥三號”和“嫦娥四號”； “回”是三期，自動采樣返回，目前正在論證。

問：地面應用系統在整個探月工程中承擔什么任務？

答：整個探月工程分運載火箭、衛星、發射場、測控和地面應用五大系統。地面應用系統實際上由三部分組成，一是國家天文臺的總部，由數據的運行管理、數據的預處理、數據存儲管理和科學應用四個分系統組成。二是由北京密云地面接收站組成的數據分析系統。三是云南昆明地面接收站組成的數據接收系統。

“嫦娥二號”的科學目標與“嫦娥一號”基本類似。一是獲得月球表面的影像，“嫦娥二號”的分辨率提高了。二是分析月球表面的元素礦物和物質成分含量和分布。三是探測月壤的特性，估算月壤的資源量。四個是探測地月空間環境。

應用系統的任務實際上是分為三段，第一段是在任務執行前，在首席科學家的領導下制訂科學目標，制定科學探測計劃。第二段是任務執行中對衛星上面的科學儀器進行監視，并利用兩個數據接收天線接受、存儲、分發數據。第三段對數據進行解疑、反演和科學應用研究。大家開玩笑說，地面系統是嫦娥最長的長工。

問：“嫦娥二號”的地面應用系統與“嫦娥一號”有什么不同？

答：“嫦娥二號”的任務和“嫦娥一號”應該說差不多，運行模式是一樣的，都是繞月衛星。但是它的軌道變為100公里，相機的分辨率從120米提高到優于10米，降到15公里時，分辨率能達到將近1米。

這樣就帶來了很多的問題：一個是數傳的壓力很大。“嫦娥一號”是3兆的碼速率，現在需要12兆碼速率；再一個就是數據處理的壓力很大，過去3兆碼速率、120米的分辨率，我們處理兩年多時間，好多工作還沒做完，現在做方案要表達出“嫦娥二號”高精度的數據。我們現在正采用各種方法使信息鏈的余量能夠適應這些變化，保證正常接收和正常解碼。

地面應用系統先要確定“嫦娥二號”到月球上去干什么，用什么去干；二是怎么把數據接收下來；再一個就是要把接收下來的數據處理出科學的產品，最終完成科學目標和規定的任務。我們是起得最早、睡的最晚的系統。打長工的是三個系統，一個是衛星系統，一個是測控系統，一個就是地面應用系統。地面應用系統是從頭到尾跟著衛星轉，衛星落到月亮后還得接著干，要把數據解讀出來，要做科研成果，真是時間最長的長工。

問:“嫦娥二號”地面應用系統與“嫦娥一號”有哪些改進？

答：有一部分改進。有一大部分改進是地面站的，還有一部分是總部的。“嫦娥二號”有兩個特點，一個是軌道降到100公里和100×15公里。一個是圓軌道，一個是橢圓軌道。二是分辨率從120米降到優于10米，局部為1米左右。相機變了，分辨率提高了，存儲和數傳部分要重新做了。

這就涉及地面站的接收的碼速率要從3兆變為12兆。在深空探測中，數傳的測控是最大的瓶頸。有數據傳不下來就麻煩了。我們的地面站原來設計是3兆碼速率，現在要升到12兆碼速率，改進的工作量很大，我們現在正在優化設備。另外就是總部的數據處理工作，我們連120米全月球的分布數據都處理了那么長時間，優于10米分辨率這樣的數據做起來更費勁，數據量更大，處理技術的難度更多。地面系統主要針對這兩方面的改進做得最多。

問:“嫦娥二號”任務中有效載荷會面臨什么風險？

答:一個是俯沖過程中開關機的時間要求比較苛刻，先開哪個，再開哪個，到時候相機能不能適應這個環境，圖像的質量到底怎么樣，現在真的沒底。原始圖像不太好的話，最后處理的再好也回不去。還有整個衛星的姿態，光照的適應程度。我們的相機是一個掃描相機，1秒鐘大概拍175到200幀，速高比要調好，就是高層和拍照的速度要匹配，不匹配不行。

再一個就是衛星的測控。衛星在100公里軌道難以控制，制動不好，或是軌道不規律話，會撞到月球表面。100公里軌道的熱控也比較難。軌道越低，衛星里面的溫度越高，控制不住。溫度超過45度，儀器就會關機。我們沒去過100公里和15公里的軌道，積累的資料不夠，存在不可預見性，這就是一個很大的風險。

我們做了一大本一大本的風險預案，現在正常工作沒問題，主要考慮出現異常怎么辦。以前那么多航天任務考慮到的異常都沒發生過，發生過的異常都是沒考慮過的。我們考慮過的問題會采取措施去防范。但是發現每一次出現的問題都不在我們預案范圍之內。

問:承擔“嫦娥二號”任務的心情跟“嫦娥一號”時有什么不同？

答:那個時候忐忑不安，我們是搞技術研究的，沒有做過這方面工作，大姑娘上轎頭一回。通過“嫦娥一號”的實踐，積累了很多經驗。現在能想到的都做了，該改的都改了，而且“嫦娥二號”不是完全是“嫦娥一號”的重復，它還是有很多新的東西，但我們很自信，肯定能干好。緊張也沒有用，反正到時候水來土淹，兵來將擋。我們預案工作和各方面工作都已經盡力在做了。

問:經過“嫦娥一號”的歷練，應用系統的整個團隊一定有很大的成長？

答:整個團隊現在有90個人，每個崗位都有比較得力的骨干。過去我們從來都沒干過航天工程，是“嫦娥一號”把我們這些生米煮成了一鍋香噴噴的熟米飯。“嫦娥一號”要求我們出模式、出成果、出人才、出經驗，我們基本完成了這個任務。

當然，我們的人才隊伍還需要進一步成熟，現在還顯得很單薄，需要更多的人能夠真的變成專家。我們很多崗位的科技人員是碩士畢業、博士畢業，有基本素質，要把路都修好，欄桿都建好，讓他走就行。走著走著就越來越熟，他就可以自己走了。

地面系統有一個張文波，我們國內大天線建設，烏魯木齊25米，上海25米，密云50米，昆明40米，他都是親自建過的。一個要有責任心，一個是要有鉆勁。我們的年輕人都成長得很快，逐漸形成一層一層的梯隊。

問：“嫦娥二號”地面應用系統比“嫦娥一號”的難度大得多，你們感到緊張嗎？

答：“嫦娥二號”比“嫦娥一號”確實難度大一些，一個是星地連路比以前要吃緊，數據量大得多，分辨率高得多；二是后面數據處理和工作量也要高得多。現在的心情自然很緊張，因為“嫦娥一號”的地面應用系統做得很好，“嫦娥二號”要出一點點紕漏都無法交代。雖然取得一些經驗，但不怕一萬只怕萬一。所以這兩個月做演練和試運行的時候，我們就是想把大家思想的弦拉緊。

問:現在參與地面應用系統工作的年輕人都怎么樣？

答:年輕人都挺好。我們這里專業的非常雜，原來不少是搞科研的，現在轉來搞工程。搞工程和做科研是兩個完全不一樣的系列，做科研比較自由一點，專業性比較多一點，搞工程要求比較嚴謹的，要求很縝密，不能有那么多自由。但這些年輕人都有很強的進取心。現在剛進來的都是80后，60年代的都是老科技人員了，70年代的是中堅力量。

問:現在這個團隊是搞嫦娥工程，將來還要搞深空探測， 以后能勝任嗎？

答:盡管探測的對象不一樣，但差別并不是太大。就像探測火星，探測的對象不一樣了，但衛星探測的數據、用的載荷都是類似的。只要國家把任務交給我們，應該都能完成，應該沒什么問題。

搞工程是一個不斷積累的過程，當積累到一定程度的時候，很多事情就可以信手拈來了。搞火星等更遠的行星探測，最主要的方法沒多大變化，有一些關鍵技術是需要改進的,像遠距離的數傳、高分辨率的數據、不同的天體坐標系的基本框架的構建等，這些東西都需要重新去做，但基本方法是可以沿用的。

問:走入這樣一個行列，你們會覺得欣慰嗎？

答:盡管做科研挺有意思，個人可以拿到實實在在的成果，做工程是一個大系統，很多人參與，自己在里面工作顯得不那么重要，或者拿不到自己的成果，但是，這種榮譽感比做科研好，能夠給國家，給社會把這個事業搞上去，是一種民族的榮譽感。