不許言敗的“第一次” ——“嫦娥一號”完美謝幕的幕后故事

本報記者 許琦敏

編者按

　  當(dāng)前，上海正處在改革發(fā)展和應(yīng)對國際金融危機(jī)的關(guān)鍵時期，能不能率先提高自主創(chuàng)新能力，是決定上海未來發(fā)展生死攸關(guān)的大問題。為了這擲地有聲的“自主創(chuàng)新”四個字，申城廣大科技人員默默耕耘，他們中的佼佼者因為貢獻(xiàn)突出而在國家和本市的科技獎勵大會上受到表彰。獲獎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或一地的綜合競爭力。它們或者深化了人類對大自然未知領(lǐng)域的認(rèn)識，或者服務(wù)國家戰(zhàn)略有重大技術(shù)突破，或者通過新技術(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)展離不開自主創(chuàng)新、新一輪的經(jīng)濟(jì)繁榮離不開自主創(chuàng)新。聚焦一批獲獎科技成果，本報從今天起推出“自主創(chuàng)新：申城在行動”專欄，力圖使讀者更多地了解這些“行動”所蘊(yùn)含的不畏艱辛的探索精神、求真務(wù)實的科學(xué)態(tài)度，以及它們對推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重大意義，敬請關(guān)注。

　  當(dāng)“嫦娥一號”沖向月面，完成“很美很壯烈”的最后一撞時，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，剛獲得了“上海市科技進(jìn)步一等獎”；它也不知道，正默默為它測最后一次軌的中科院上海天文臺VLBI系統(tǒng)，得到了同樣的榮譽(yù)。當(dāng)“嫦娥一號”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，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”之前，中國人還沒嘗試過；把觀測遙遠(yuǎn)天體的VLBI（甚長基線干涉系統(tǒng)）用于月球衛(wèi)星實時定軌，在“嫦娥一號”之前，地球人都還沒嘗試過。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。

　  時任中科院上海技術(shù)物理所所長、激光高度計項目負(fù)責(zé)人的王建宇說，那是集合了全國相關(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，但他們的激光器從未上過天?！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，“這就得對元部件一個一個地改造、測試，直到全部達(dá)標(biāo)?！边@談何容易！

　  VLBI原本用于觀測百萬光年外的遙遠(yuǎn)天體，屬于天文學(xué)基礎(chǔ)研究的設(shè)備，可“探月”的國家需求促使它來了一次奇跡般的角色轉(zhuǎn)換。由于我國沒有深空探測站，如果僅用航天S波段測控系統(tǒng)，“嫦娥”奔月時橫向測量精度不夠，這樣“嫦娥”被月球捕獲時測軌的誤差會比較大。而我國從上世紀(jì)70年代開始建設(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——月球表面一個2米長的物體，它一“眼”就能定出精確的位置。不過這套設(shè)備的穩(wěn)定性、實時性，那時都還達(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)時我國的VLBI系統(tǒng)沒有數(shù)據(jù)處理能力，它用磁帶記錄下數(shù)據(jù)后，通常要過1個月左右才能把數(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：攻堅克難不舍晝夜

　  當(dāng)“嫦娥一號”撞上月球那一刻，激光高度計并未開啟。“這可是我們的心血??！”王建宇說起那一刻，很有點(diǎn)舍不得。為了將這個激光器送上天，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)精誠合作，日夜攻關(guān)，才交出了滿意的作品：激光靈敏度超過“月亮女神”所搭載的日本制造的激光高度計，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，而高度計的激光器瞬時功率可達(dá)30兆瓦，在地面上也算大功率——能把幾米開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”在繞月軌道的高度），打在月球表面，返回的信號卻是微弱的，這一強(qiáng)一弱，包含了無數(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，離交付產(chǎn)品的期限只剩下半年多一點(diǎn)的時間。通過多次試驗，為激光器重新設(shè)計“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。

　  相比激光高度計的研制，VLBI系統(tǒng)要經(jīng)歷更多的“從無到有”?！拔覀儽仨氉灾鏖_發(fā)實時相關(guān)處理系統(tǒng)，當(dāng)時全球只有五六個國家有這樣的能力，核心技術(shù)全部保密?！敝锌圃荷虾Ｌ煳呐_研究員、探月工程VLBI分系統(tǒng)項目技術(shù)負(fù)責(zé)人張秀忠介紹，他們“兩條腿走路”，同時開發(fā)軟件和硬件實時相關(guān)處理系統(tǒng)?！败浖`活但運(yùn)算速度慢，硬件研發(fā)周期長但運(yùn)算速度快。結(jié)果到驗收時，兩套系統(tǒng)都成功了?！?/SPAN>2007年10月25日，VLBI系統(tǒng)開始為“嫦娥一號”測軌時，處理中心從接收數(shù)據(jù)到將結(jié)果報給飛控中心，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)實時傳回處理中心，滿足了探月工程的需要。同樣讓天文臺驚喜的是，這番技術(shù)推進(jìn)，使我國的VLBI觀測技術(shù)走到了世界前沿。去年，在芝加哥召開的國際無線電聯(lián)盟大會上，我國學(xué)者關(guān)于VLBI用于深空導(dǎo)航的報告，引起了很大反響。今年10月，中俄將聯(lián)合發(fā)射火星探測器“螢火一號”，屆時我國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)研究帶來了許多好處?！鄙虾Ｌ煳呐_臺長洪曉瑜告訴記者，VLBI具有數(shù)據(jù)處理能力后，他們已可獨(dú)立做一些觀測，開展類星體致密結(jié)構(gòu)等前沿研究?！耙郧拔覀円延^測到的數(shù)據(jù)拿去國外處理，獲得些二手資料。”他說，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恰恰實現(xiàn)了工程應(yīng)用與基礎(chǔ)研究的良性互動。

　  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)用的大門應(yīng)聲而開?！捌鋵?，激光在空間的應(yīng)用非常廣泛，比如空間激光通訊、空間激光探測都是很前沿的課題。”王建宇說，現(xiàn)在衛(wèi)星通訊一般用無線電進(jìn)行傳輸，但光比無線電的頻率高出很多，其承載的信息量理論上是無線電的萬倍以上。