不許言敗的“第一次” ——“嫦娥一號(hào)”完美謝幕的幕后故事

本報(bào)記者 許琦敏

編者按

　  當(dāng)前，上海正處在改革發(fā)展和應(yīng)對(duì)國(guó)際金融危機(jī)的關(guān)鍵時(shí)期，能不能率先提高自主創(chuàng)新能力，是決定上海未來(lái)發(fā)展生死攸關(guān)的大問(wèn)題。為了這擲地有聲的“自主創(chuàng)新”四個(gè)字，申城廣大科技人員默默耕耘，他們中的佼佼者因?yàn)樨暙I(xiàn)突出而在國(guó)家和本市的科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上受到表彰。獲獎(jiǎng)的科技成果是提高自主創(chuàng)新能力的集中體現(xiàn)，在很大程度上反映了一國(guó)或一地的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。它們或者深化了人類(lèi)對(duì)大自然未知領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，或者服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略有重大技術(shù)突破，或者通過(guò)新技術(shù)、新工藝等的發(fā)明，推進(jìn)了相關(guān)技術(shù)或產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。上海的發(fā)展離不開(kāi)自主創(chuàng)新、新一輪的經(jīng)濟(jì)繁榮離不開(kāi)自主創(chuàng)新。聚焦一批獲獎(jiǎng)科技成果，本報(bào)從今天起推出“自主創(chuàng)新：申城在行動(dòng)”專欄，力圖使讀者更多地了解這些“行動(dòng)”所蘊(yùn)含的不畏艱辛的探索精神、求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，以及它們對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大意義，敬請(qǐng)關(guān)注。

　  當(dāng)“嫦娥一號(hào)”沖向月面，完成“很美很壯烈”的最后一撞時(shí)，它并不知道，它身上搭載的由中科院上海技術(shù)物理研究所和上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制的激光高度計(jì)，剛獲得了“上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)”；它也不知道，正默默為它測(cè)最后一次軌的中科院上海天文臺(tái)VLBI系統(tǒng)，得到了同樣的榮譽(yù)。當(dāng)“嫦娥一號(hào)”以完美一撞謝幕之際，這兩支曾為造就它嘔心瀝血的科研團(tuán)隊(duì)，又投入了新的沖刺。

挑戰(zhàn)：“第一次”必須成功

　  把激光器送上天，在“嫦娥一號(hào)”之前，中國(guó)人還沒(méi)嘗試過(guò)；把觀測(cè)遙遠(yuǎn)天體的VLBI（甚長(zhǎng)基線干涉系統(tǒng)）用于月球衛(wèi)星實(shí)時(shí)定軌，在“嫦娥一號(hào)”之前，地球人都還沒(méi)嘗試過(guò)。這“天下之先”，因著“探月工程”，我們不僅嘗試了，還一次成功——當(dāng)然，也必須一次成功。

　  時(shí)任中科院上海技術(shù)物理所所長(zhǎng)、激光高度計(jì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的王建宇說(shuō)，那是集合了全國(guó)相關(guān)科研力量的一次攻關(guān)。由于技術(shù)的敏感性與特殊性，激光高度計(jì)的所有核心部件必須自主研發(fā)。中科院上海光機(jī)所在制造激光器方面，有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但他們的激光器從未上過(guò)天?！捌骷仨氁苓m應(yīng)太空環(huán)境，必須耐得住劇烈的溫度變化和宇宙射線的轟擊，還必須能在真空和失重狀態(tài)下保持良好性能?！蓖踅ㄓ钫f(shuō)，“這就得對(duì)元部件一個(gè)一個(gè)地改造、測(cè)試，直到全部達(dá)標(biāo)?！边@談何容易！

　  VLBI原本用于觀測(cè)百萬(wàn)光年外的遙遠(yuǎn)天體，屬于天文學(xué)基礎(chǔ)研究的設(shè)備，可“探月”的國(guó)家需求促使它來(lái)了一次奇跡般的角色轉(zhuǎn)換。由于我國(guó)沒(méi)有深空探測(cè)站，如果僅用航天S波段測(cè)控系統(tǒng)，“嫦娥”奔月時(shí)橫向測(cè)量精度不夠，這樣“嫦娥”被月球捕獲時(shí)測(cè)軌的誤差會(huì)比較大。而我國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始建設(shè)的VLBI系統(tǒng)，恰恰是深空橫向定位的高手，其精度可達(dá)毫角秒級(jí)——月球表面一個(gè)2米長(zhǎng)的物體，它一“眼”就能定出精確的位置。不過(guò)這套設(shè)備的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性，那時(shí)都還達(dá)不到要求：探月工程要求在10分鐘內(nèi)算出軌道數(shù)據(jù)，并傳送到飛控中心，而當(dāng)時(shí)我國(guó)的VLBI系統(tǒng)沒(méi)有數(shù)據(jù)處理能力，它用磁帶記錄下數(shù)據(jù)后，通常要過(guò)1個(gè)月左右才能把數(shù)據(jù)送到處理中心。要完成這全球“第一次”的角色轉(zhuǎn)換，談何容易！

磨礪：攻堅(jiān)克難不舍晝夜

　  當(dāng)“嫦娥一號(hào)”撞上月球那一刻，激光高度計(jì)并未開(kāi)啟?！斑@可是我們的心血??！”王建宇說(shuō)起那一刻，很有點(diǎn)舍不得。為了將這個(gè)激光器送上天，中科院上海技術(shù)物理所、上海光機(jī)所、半導(dǎo)體研究所等多家科研機(jī)構(gòu)精誠(chéng)合作，日夜攻關(guān)，才交出了滿意的作品：激光靈敏度超過(guò)“月亮女神”所搭載的日本制造的激光高度計(jì)，而重量只有15公斤，比日本的整整輕了4公斤。

　  上天的器件，就怕能量大，而高度計(jì)的激光器瞬時(shí)功率可達(dá)30兆瓦，在地面上也算大功率——能把幾米開(kāi)外的鐵板打得直冒火花；可這么大功率的激光“走”200公里（“嫦娥一號(hào)”在繞月軌道的高度），打在月球表面，返回的信號(hào)卻是微弱的，這一強(qiáng)一弱，包含了無(wú)數(shù)難題。還有，研究人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)大功率激光器在真空狀態(tài)下能量衰減很快，壽命離要求指標(biāo)相差很多。此時(shí)，離交付產(chǎn)品的期限只剩下半年多一點(diǎn)的時(shí)間。通過(guò)多次試驗(yàn)，為激光器重新設(shè)計(jì)“太空服”，終于成功地將它的壽命提高到1年以上，克服了“上天”瓶頸。

　  相比激光高度計(jì)的研制，VLBI系統(tǒng)要經(jīng)歷更多的“從無(wú)到有”?！拔覀儽仨氉灾鏖_(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)相關(guān)處理系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)全球只有五六個(gè)國(guó)家有這樣的能力，核心技術(shù)全部保密?！敝锌圃荷虾Ｌ煳呐_(tái)研究員、探月工程VLBI分系統(tǒng)項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人張秀忠介紹，他們“兩條腿走路”，同時(shí)開(kāi)發(fā)軟件和硬件實(shí)時(shí)相關(guān)處理系統(tǒng)。“軟件靈活但運(yùn)算速度慢，硬件研發(fā)周期長(zhǎng)但運(yùn)算速度快。結(jié)果到驗(yàn)收時(shí)，兩套系統(tǒng)都成功了?！?/SPAN>2007年10月25日，VLBI系統(tǒng)開(kāi)始為“嫦娥一號(hào)”測(cè)軌時(shí)，處理中心從接收數(shù)據(jù)到將結(jié)果報(bào)給飛控中心，只用了5分鐘！

驚喜：跨前一步天地更寬

　  連通北京、上海、昆明、烏魯木齊四地的射電望遠(yuǎn)鏡，將VLBI數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回處理中心，滿足了探月工程的需要。同樣讓天文臺(tái)驚喜的是，這番技術(shù)推進(jìn)，使我國(guó)的VLBI觀測(cè)技術(shù)走到了世界前沿。去年，在芝加哥召開(kāi)的國(guó)際無(wú)線電聯(lián)盟大會(huì)上，我國(guó)學(xué)者關(guān)于VLBI用于深空導(dǎo)航的報(bào)告，引起了很大反響。今年10月，中俄將聯(lián)合發(fā)射火星探測(cè)器“螢火一號(hào)”，屆時(shí)我國(guó)VLBI系統(tǒng)也將為其導(dǎo)航。

　  “更讓我們驚喜的是，VLBI在探月工程中獲得的技術(shù)提升，為我們的基礎(chǔ)研究帶來(lái)了許多好處?！鄙虾Ｌ煳呐_(tái)臺(tái)長(zhǎng)洪曉瑜告訴記者，VLBI具有數(shù)據(jù)處理能力后，他們已可獨(dú)立做一些觀測(cè)，開(kāi)展類(lèi)星體致密結(jié)構(gòu)等前沿研究?！耙郧拔覀円延^測(cè)到的數(shù)據(jù)拿去國(guó)外處理，獲得些二手資料?！彼f(shuō)，有種看法認(rèn)為，基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用往往相距較遠(yuǎn)，但VLBI恰恰實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用與基礎(chǔ)研究的良性互動(dòng)。

　  同樣，將激光器送上太空并順利完成一年工作任務(wù)后，空間激光應(yīng)用的大門(mén)應(yīng)聲而開(kāi)?！捌鋵?shí)，激光在空間的應(yīng)用非常廣泛，比如空間激光通訊、空間激光探測(cè)都是很前沿的課題?！蓖踅ㄓ钫f(shuō)，現(xiàn)在衛(wèi)星通訊一般用無(wú)線電進(jìn)行傳輸，但光比無(wú)線電的頻率高出很多，其承載的信息量理論上是無(wú)線電的萬(wàn)倍以上。