欒恩杰

（國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局 100037）

探索浩瀚宇宙 建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)
——紀(jì)念中國(guó)深空探測(cè)12周年

The Rising China Space Heading for the Endless Universe

欒恩杰

（國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局 100037）

今年是中國(guó)航天創(chuàng)建60周年、中國(guó)開展深空探測(cè)12周年，又是“中國(guó)航天日”的設(shè)立元年，回顧這60年來(lái)幾代航天人的持續(xù)奮斗和取得的輝煌業(yè)績(jī)，心情無(wú)比興奮和激動(dòng)，其情難以言表。

按照中華傳統(tǒng)文化，60年一甲子，12年一輪回。轉(zhuǎn)眼之間，作為我國(guó)深空探測(cè)起始標(biāo)志的“嫦娥工程”已走過了12個(gè)年頭，我說今年是“嫦娥工程”的本命年?；仡?2年前，我們?yōu)椤版隙鸸こ獭绷㈨?xiàng)、研制、發(fā)射工作的情景又清晰地浮現(xiàn)眼前，在此我想就深空探測(cè)立項(xiàng)的論證和實(shí)踐中的一些思考做一個(gè)記錄。

一 進(jìn)入新千年的中國(guó)航天

1998年，我受國(guó)家派遣，與近50位航天戰(zhàn)線同志一起來(lái)到國(guó)務(wù)院新組建的國(guó)防科技工業(yè)委員會(huì)（簡(jiǎn)稱科工委）任副主任，兼任國(guó)家航天局局長(zhǎng)。根據(jù)當(dāng)時(shí)國(guó)務(wù)院總理朱镕基同志的指示：新的科工委的職責(zé)是，負(fù)責(zé)國(guó)防科技工業(yè)的行業(yè)管理，具體指行業(yè)規(guī)劃、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)監(jiān)督、行業(yè)法規(guī)和行業(yè)政策等方面。對(duì)行業(yè)發(fā)展而言，制定發(fā)展規(guī)劃是其重中之重。當(dāng)時(shí)，科工委具體管理的航天部門是系統(tǒng)一司，有關(guān)國(guó)家航天局的工作也歸入該司，委里分工由我主管該司工作，我們討論和關(guān)注的中心議題就是中國(guó)航天怎樣面對(duì)新的世紀(jì)，以怎樣的姿態(tài)進(jìn)入新的千年。我和系統(tǒng)一司司長(zhǎng)郭寶柱及一司的同仁們經(jīng)過反復(fù)思考、研究、籌劃，得到了如下4點(diǎn)基本認(rèn)識(shí)：

1）要以開放的姿態(tài)面向21世紀(jì)，揭開中國(guó)航天神秘的面紗，展示出中國(guó)航天人大步邁入新世紀(jì)的風(fēng)采；

2）要以改革的精神開創(chuàng)新的發(fā)展局面，以“大航天”拓展觀念，推動(dòng)中國(guó)航天事業(yè)的進(jìn)步和領(lǐng)域的擴(kuò)展；

3）要以重大工程和重大項(xiàng)目為帶動(dòng)，夯實(shí)中國(guó)航天技術(shù)的基礎(chǔ)建設(shè)和關(guān)鍵技術(shù)突破，提升我國(guó)在國(guó)際航天界的地位，并為科技發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)；

4）要以履行國(guó)家航天行業(yè)主管部門的責(zé)任心的高度，籌劃國(guó)家航天發(fā)展的規(guī)劃目標(biāo)和對(duì)外的國(guó)際合作方針與政策。

上述4點(diǎn)認(rèn)識(shí)完整地反映在2000年發(fā)表的《中國(guó)的航天》白皮書（圖1）中，這是我國(guó)國(guó)防科技工業(yè)的首個(gè)白皮書，它的發(fā)表在國(guó)內(nèi)外引起極大的反響。我們?cè)诎灼械谝淮螌⒖臻g技術(shù)、空間應(yīng)用和空間科學(xué)納入“大航天”范疇，表明中國(guó)航天已經(jīng)從航天科技工業(yè)擴(kuò)展到整個(gè)航天事業(yè)和航天產(chǎn)業(yè)，表明我們不僅僅籌劃空間技術(shù)（火箭、衛(wèi)星、地面、測(cè)發(fā)控等），而且也關(guān)注并服務(wù)于航天活動(dòng)的應(yīng)用，使航天為國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)服務(wù)，發(fā)揮其作為國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略作用。特別是在空間進(jìn)入能力、空間平臺(tái)建設(shè)能力這兩個(gè)核心技術(shù)上實(shí)現(xiàn)系列化發(fā)展，在空間應(yīng)用上形成“天地統(tǒng)籌的一體化應(yīng)用體系”，以及啟動(dòng)以月球探測(cè)為切入點(diǎn)的深空探測(cè)活動(dòng)，帶動(dòng)和牽引空間科學(xué)的進(jìn)步。這些重要思路和理念在白皮書上都有明確表述和展望，集中起來(lái)就是我們所說的“211”工程計(jì)劃，即火箭、衛(wèi)星兩個(gè)型譜，一個(gè)空間應(yīng)用，一個(gè)深空探測(cè)（參見圖 2）。白皮書發(fā)表后，國(guó)內(nèi)外反響極其強(qiáng)烈，很多老同事、老專家、老領(lǐng)導(dǎo)打電話表示祝賀，并囑咐我們一定要做好、做細(xì)，不能放空炮，一定要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。也有其他行業(yè)的同志們來(lái)電話，表示也期盼有一個(gè)相應(yīng)的白皮書發(fā)表。

為了向國(guó)內(nèi)國(guó)外宣傳好白皮書內(nèi)容和“211”計(jì)劃，系統(tǒng)工程一司和科工委宣傳部門做了廣泛的宣傳和報(bào)道。

圖1 2000年《中國(guó)的航天》白皮書Fig.1 “China’s Space” white paper in 2000

圖2 “211”工程計(jì)劃示意圖Fig.2 Schematic diagram of “211” project

就深空探測(cè)而言，雖然白皮書已經(jīng)寫上了，全國(guó)各界都知道了，但那時(shí)這項(xiàng)工程并沒有獲得國(guó)家立項(xiàng)，而討論立項(xiàng)問題又經(jīng)過兩年多的時(shí)間（2000年發(fā)表白皮書，2002年10月才提交論證報(bào)告）。我們不得不擴(kuò)大隊(duì)伍，增加論證依據(jù)，特別是回答火箭能力、探月的平臺(tái)能力和測(cè)發(fā)控能力，因?yàn)檫@是我們第一次到達(dá)近40萬(wàn)km深空的航天任務(wù)，深空測(cè)控、軌道設(shè)計(jì)和平臺(tái)姿軌控技術(shù)都面臨關(guān)鍵的新要求和新考驗(yàn)。航天科技集團(tuán)、航天科工集團(tuán)、電子科技集團(tuán)及總裝備部、中國(guó)科學(xué)院等有關(guān)單位和專家的全力支持，使工程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)得到了有效保證。在回答工程問題的同時(shí)，還要回答到月球去干什么，外國(guó)已經(jīng)去過了中國(guó)人還去干什么等問題。對(duì)于這些問題，工業(yè)部門的同志是難以回答的，所以在論證中請(qǐng)來(lái)科學(xué)院的有關(guān)同志做了極大的努力，列出了我們可以并可能實(shí)現(xiàn)的科學(xué)目標(biāo)（參見圖 3）。非但如此，科學(xué)院的同志們還承擔(dān)月球探測(cè)工程中與科學(xué)目標(biāo)相適應(yīng)的有效載荷與探測(cè)器的研制工作，以及為科學(xué)成果的應(yīng)用研發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。

正是在全國(guó)大力支援、支持，特別是在黨中央和國(guó)務(wù)院的堅(jiān)定決策下，“嫦娥工程”于2004年得到批準(zhǔn)。

圖3 “嫦娥工程”的科學(xué)目標(biāo)Fig.3 The scientific objectives of the Chang’e project

從2000年發(fā)表白皮書至今已過去16年了，當(dāng)我們回首并盤點(diǎn)白皮書提出的發(fā)展目標(biāo)時(shí)，我們可以寬慰的是，當(dāng)時(shí)的形勢(shì)分析和決策是完全準(zhǔn)確的，國(guó)務(wù)院決定發(fā)表《中國(guó)的航天》白皮書是非常正確的。我們航天人沒有辜負(fù)黨和祖國(guó)的期望和信任，沒有辜負(fù)政府各部門和全國(guó)各界的支持。為實(shí)現(xiàn)所確定的目標(biāo)，所有參與工作的同志奉獻(xiàn)了他們的智慧和力量，他們的貢獻(xiàn)是應(yīng)當(dāng)載入我國(guó)深空探測(cè)史的，他們默默無(wú)聞地實(shí)踐著、奉獻(xiàn)于祖國(guó)的深空探測(cè)事業(yè)。我們應(yīng)當(dāng)向他們致敬，其中包括許多航天界的老領(lǐng)導(dǎo)和老前輩，老同事和老戰(zhàn)友。我可以代表他們說：航天人說話是算數(shù)的，我們沒有放空炮。

無(wú)毒無(wú)污染的大火箭是“211”計(jì)劃中運(yùn)載火箭型譜的重頭戲，現(xiàn)在已經(jīng)完成研制階段，目前正在海南發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)備進(jìn)行發(fā)射階段的考核。

大平臺(tái)的代表“東方紅4號(hào)”已經(jīng)完成研制，并在國(guó)內(nèi)、國(guó)外的衛(wèi)星上得到實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用衛(wèi)星和衛(wèi)星應(yīng)用得到了發(fā)展，天地統(tǒng)籌的一體化建設(shè)得到規(guī)劃認(rèn)可。今天，我們的衛(wèi)星應(yīng)用得到巨大進(jìn)步，正在“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展中發(fā)揮其作用。

以月球探測(cè)為切入點(diǎn)的“嫦娥工程”已經(jīng)勝利完成前兩期任務(wù)，2017年將在新的海南發(fā)射場(chǎng)，用新的“長(zhǎng)征5號(hào)”火箭（圖 4）發(fā)射我國(guó)首個(gè)月球采樣返回探測(cè)器“嫦娥5號(hào)”。這個(gè)中國(guó)航天的“三新集結(jié)號(hào)”已經(jīng)吹響。

圖4 海南發(fā)射場(chǎng)遠(yuǎn)眺及“長(zhǎng)征5號(hào)”運(yùn)載火箭Fig.4 Overlooking Hainan launch site and the Long March 5 launch vehicle

二 深空首役“月球探測(cè)”

自從“嫦娥1號(hào)”（圖 5）衛(wèi)星進(jìn)入發(fā)射場(chǎng)，人們的目光就聚焦在那里，從進(jìn)場(chǎng)、測(cè)試、發(fā)射、入軌以及各調(diào)相軌道的實(shí)現(xiàn)，從中途修正到月球捕獲形成繞月軌道器，從完成繞月探測(cè)任務(wù)到實(shí)施受控撞月并準(zhǔn)確落到預(yù)定目標(biāo)點(diǎn)，整個(gè)過程一直受到世人之矚目，公開報(bào)道、現(xiàn)場(chǎng)直播、數(shù)據(jù)與圖示即時(shí)公布，其開放程度是繼1990年我國(guó)第一次承擔(dān)外星發(fā)射服務(wù)（“亞洲1號(hào)”衛(wèi)星）之后最高的，而且任務(wù)實(shí)施與國(guó)家重要媒體互相配合，其宣傳力度、工程進(jìn)展?fàn)顩r的透明度是空前的，客觀上是一次豐富多彩的重大科技工程與廣泛的科學(xué)普及活動(dòng)緊密結(jié)合的成功實(shí)踐。一時(shí)間，“嫦娥1號(hào)”“嫦娥工程”“月球探測(cè)”成為新聞報(bào)道中的常見詞匯，“變軌”“發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)”“捕獲”“環(huán)繞軌道周期”“繞、落、回”等成了大眾通曉的基本概念。中小學(xué)生積極參與到探月熱潮之中，大學(xué)生們對(duì)工程所涉及的技術(shù)抱有更大的熱情。北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校舉辦專題報(bào)告會(huì)、研討會(huì)、科學(xué)論壇，中國(guó)科協(xié)還邀請(qǐng)港、澳、臺(tái)科學(xué)家座談，體現(xiàn)了國(guó)人對(duì)科技發(fā)展的關(guān)注和熱情及對(duì)中國(guó)航天事業(yè)的支持和鼓勵(lì)！

作為一個(gè)重大工程的領(lǐng)導(dǎo)群體，首先關(guān)注的是工程的技術(shù)路線。技術(shù)路線選擇得如何，決定著工程的實(shí)施難度和取得成功的把握程度。根據(jù)當(dāng)時(shí)已經(jīng)具備的條件，概括起來(lái)可以這樣描述“嫦娥工程”的技術(shù)路線：“采用成熟的技術(shù)、花費(fèi)較低的成本，以集成創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)我國(guó)首次探月活動(dòng)；以工程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)為主、科學(xué)目標(biāo)為輔，走出中國(guó)深空探索的第一步；在工程研制中以衛(wèi)星系統(tǒng)為主線，以測(cè)發(fā)控為重點(diǎn)，適度建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施?！焙?jiǎn)言之：“成熟技術(shù)、有限目標(biāo)、突破關(guān)鍵、確保成功。”

圖5 研制中的“嫦娥1號(hào)”月球衛(wèi)星Fig.5 Chang’e-1 lunar satellite in development

現(xiàn)在來(lái)看，我們所以能在僅僅4年時(shí)間、20億元投入的情況下，獲得“嫦娥1號(hào)”工程的圓滿成功，這條技術(shù)路線的確定是適合當(dāng)時(shí)整體狀況的。

有的同志認(rèn)為，將“嫦娥工程”簡(jiǎn)練地歸納為“繞、落、回”是創(chuàng)新，我看不能這樣講，因?yàn)樵谖覀冎皣?guó)際上已經(jīng)開展了一百多次探測(cè)活動(dòng)，歸納起來(lái)大致可以分為飛越、撞擊、環(huán)繞、降落、返回、有人登月，其中：飛越月球10次、環(huán)繞月球38次、撞擊月球10次、降落月球27次、返回16次、其他試驗(yàn)性探測(cè)活動(dòng)4次、有航天員參與的載人探月活動(dòng)9次。在一百多次探月活動(dòng)中成功59次。按其進(jìn)行的順序是飛越、撞擊、環(huán)繞、載人試驗(yàn)性返回、降落、月面返回、載人登月及返回，這個(gè)過程并不是充分必要的順序安排。

從降低工程風(fēng)險(xiǎn)，先易后難來(lái)看，先行進(jìn)行撞擊試驗(yàn)是有其合理性的，因?yàn)樵谶M(jìn)行撞擊試驗(yàn)的時(shí)候，如果未能實(shí)現(xiàn)撞月，可能出現(xiàn)的過程有兩種：一是飛越，二是環(huán)繞，而這兩個(gè)過程并不是失敗性的結(jié)果。如果將飛越或環(huán)繞確定為目標(biāo)，它若出現(xiàn)撞擊的現(xiàn)象，則是一個(gè)失敗的結(jié)局。權(quán)衡這個(gè)關(guān)系，我認(rèn)為前蘇聯(lián)將撞擊試驗(yàn)作為探月的首選目標(biāo)是一個(gè)合理的選擇。我對(duì)中國(guó)探月的第一步也傾向于先進(jìn)行撞擊月球的試驗(yàn)，這是比較簡(jiǎn)單和比較容易實(shí)現(xiàn)的選擇。大家可能還記得我當(dāng)時(shí)講的話“我們一定要去月球，就是在月球上放一個(gè)鐵塊子，寫上‘中國(guó)造’，也是成功的”，因?yàn)樗故玖宋覀兊囊粋€(gè)能力！

蘇聯(lián)從1958年9月23日到1959年9月12日首次撞月成功，歷時(shí)一年，失敗5次，其中火箭故障引起的失敗3次，因控制系統(tǒng)引起的2次，其中一次是沒有擊中月球，變成了飛越，從距月球約6 000 km處掠過，另一次是因制導(dǎo)系統(tǒng)故障，未能進(jìn)入奔月軌道。圖 6是蘇聯(lián)1959年12月發(fā)射的“月球2號(hào)”，正是這個(gè)航天器首次成功實(shí)現(xiàn)了撞月。

圖6 蘇聯(lián)“月球2號(hào)”月球探測(cè)器Fig.6 The Moon 2 launched by the Soviet Union

相比當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)，我們的運(yùn)載火箭技術(shù)是成熟的，控制系統(tǒng)的能力對(duì)完成探月目標(biāo)而言也是充分的，所以在論證我國(guó)探月工程時(shí)我曾講過：“目前核心任務(wù)是驗(yàn)證我們的工程能力和實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)?！蹦菚r(shí)，在我的思考中還沒有完整地建立“科學(xué)目標(biāo)”這一需求，因?yàn)檫€沒有證明我們是否有能力完成奔月這一新的宏偉計(jì)劃。實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)首先要保證火箭技術(shù)的可靠性，當(dāng)時(shí)“長(zhǎng)三乙”火箭已經(jīng)研制成功，采用“長(zhǎng)三乙”將增加我們工程的實(shí)施可行性，減少有效載荷的質(zhì)量壓力，但因“長(zhǎng)三乙”發(fā)射次數(shù)太少，尚沒有得到實(shí)際工程應(yīng)用的更充分的可靠性驗(yàn)證，所以我們選擇了比較成熟的“長(zhǎng)三甲”火箭（參見圖 7）。

同樣，在“嫦娥1號(hào)”平臺(tái)的選擇上也是以成熟的平臺(tái)技術(shù)“東方紅3號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)（參見圖 8）為基礎(chǔ)，結(jié)合我國(guó)其他平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，使平臺(tái)的可靠性以其技術(shù)的成熟性得到保證。

對(duì)于我們不熟悉的科學(xué)目標(biāo)，則請(qǐng)科學(xué)院的同志們提出意見，他們比較集中的傾向性意見是：先進(jìn)行環(huán)繞探測(cè)獲得對(duì)月表的基本科學(xué)認(rèn)識(shí)，然后在月表就位探測(cè)，以對(duì)月表的地質(zhì)進(jìn)行適度的研究；希望能從月球取回一些物質(zhì)在地球上開展分析。這個(gè)科學(xué)目標(biāo)的提出是對(duì)我前面提到的以撞擊開始的否定，我支持這種否定，這是一個(gè)向更高水平躍升的否定，但關(guān)鍵的問題是，我們的技術(shù)水平和工程能力能否滿足實(shí)現(xiàn)這個(gè)“科學(xué)目標(biāo)”的要求，這是工程領(lǐng)導(dǎo)必須審慎決策的問題。我們應(yīng)當(dāng)選擇有一定把握實(shí)現(xiàn)的科學(xué)目標(biāo)。如果沒有科學(xué)目標(biāo)的支持，工程意義大打折扣，所以這個(gè)問題不容回避。如果為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)不顧當(dāng)時(shí)的能力而倉(cāng)促?zèng)Q策，將會(huì)為后續(xù)工程實(shí)現(xiàn)帶來(lái)難以克服的困難，甚至?xí)构こ獭傲鳟a(chǎn)”。所以“嫦娥工程”“繞、落、回”這三步走的目標(biāo)是在充分論證和各方面技術(shù)充分權(quán)衡的支持下確定的。

圖7 “長(zhǎng)征3號(hào)甲”運(yùn)載火箭Fig.7 The Long March 3 A launch vehicle

圖8 “嫦娥1號(hào)”選擇“東方紅3號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)Fig.8 Chang’e-1 selected the DFH-3 satellite platform

“繞、落、回”三個(gè)字簡(jiǎn)明地表述了我們探月的三步走，雖然它并不是什么創(chuàng)造，也不是什么創(chuàng)新，是別人在100多次探月活動(dòng)中走過的路子，但我們確定的這三步走并不是簡(jiǎn)單的重復(fù)，在技術(shù)上要超過飛越和撞擊這兩步，直接進(jìn)入環(huán)繞探測(cè)，這對(duì)探測(cè)過程而言是一個(gè)技術(shù)上的跨越。科學(xué)目標(biāo)的確定，要服務(wù)于科學(xué)家的需求，但我們工業(yè)部門在接受這個(gè)目標(biāo)的時(shí)候，就表明要為完成這個(gè)目標(biāo)做出巨大的努力。在蘇美探月歷程中，蘇聯(lián)飛越8次、美國(guó)2次，這10次飛越任務(wù)，失敗了4次，部分成功3次，只有3次是圓滿完成的，而在飛越任務(wù)中有5次是試驗(yàn)從月球返回的技術(shù)。我們?cè)谌鄙俟こ糖捌诘南葘?dǎo)性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“繞、落、回”的目的必定會(huì)遇到技術(shù)、基礎(chǔ)、試驗(yàn)、隊(duì)伍、管理等諸多問題，也為工程研制過程中遇到的測(cè)控難題埋下了伏筆。

技術(shù)路線的確定是一項(xiàng)工程最重要的決策，每一位工程領(lǐng)導(dǎo)者，都必須慎重權(quán)衡，我們?cè)诖_定“嫦娥工程”的技術(shù)路線和“繞、落、回”三步走的過程中，絕不是領(lǐng)導(dǎo)小組一拍即定的。我們反復(fù)地征集各關(guān)鍵系統(tǒng)的意見，沒有航天科技集團(tuán)公司一院、五院、八院，總裝測(cè)發(fā)控系統(tǒng)部門及科學(xué)院的有效載荷研制部門和應(yīng)用系統(tǒng)的認(rèn)真研究，就不會(huì)、也不可能定下“繞、落、回”這三步棋，特別是工程兩總系統(tǒng)能團(tuán)結(jié)一致、共同決策、共同攻關(guān)，為一個(gè)統(tǒng)一的目標(biāo)共同努力，是全體隊(duì)伍能統(tǒng)一意志、頑強(qiáng)攻關(guān)的重要保證。

我在回顧這段歷程的時(shí)候，特別將技術(shù)路線的確定作為一個(gè)重點(diǎn)。就是想把這個(gè)關(guān)鍵的問題，放到一個(gè)關(guān)鍵的地位去認(rèn)識(shí)它。反觀我們有些工程沒能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，或者半途下馬或者更改目標(biāo)要求甚至更改原定的方向，就是因?yàn)樵诩夹g(shù)路線的確定上沒有吸納各方面的建議和意見，沒有將工程立足在成熟技術(shù)保證的基礎(chǔ)上。

路線確定之后，隊(duì)伍建設(shè)是決定因素。我們集中了我國(guó)航天界的頂級(jí)專家組成兩總系統(tǒng)，孫家棟院士為總設(shè)計(jì)師，火箭專家龍樂豪、測(cè)控專家陳炳忠、衛(wèi)星專家葉培建、有效載荷專家姜景山，他們既是行業(yè)專家，也是各專業(yè)有威望的決策者，這就有了工程各系統(tǒng)并行工作的技術(shù)保證。在遇到地月傳輸信道余量不足的時(shí)候，各方盡力盡責(zé)，都為總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)而努力。當(dāng)時(shí)的方針就是“按住西安，補(bǔ)充測(cè)控”。即衛(wèi)星不能再降低一個(gè)分貝，余量由測(cè)控補(bǔ)充大口徑接收天線來(lái)實(shí)現(xiàn)。衛(wèi)星發(fā)送和地面接收兩個(gè)系統(tǒng)攜手，按時(shí)完成技術(shù)攻關(guān)和條件建設(shè)，保證了“嫦娥1號(hào)”的成功。

在諸多科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)條件保障方面，我們的著重點(diǎn)在相機(jī)的研制，即“科學(xué)目標(biāo)，以月全圖為主”，壓力加到了西安光機(jī)所，觀測(cè)相機(jī)總師趙葆常，帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)圓滿完成任務(wù)。當(dāng)在科學(xué)院地面測(cè)控大廳的顯示大屏上實(shí)時(shí)傳下來(lái)第一條帶月球的清晰影像時(shí)，趙總與全場(chǎng)的同志們熱淚盈眶。我們兩眼含著淚水，雙手緊緊地握著。圖 9是最后完成的全月影像圖。

圖9 “嫦娥1號(hào)”獲得的全月影像圖Fig.9 Chang’e-1 obtained the full Lunar image map

國(guó)防科工委作為工程責(zé)任部門，成立了由各任務(wù)承擔(dān)單位組成的領(lǐng)導(dǎo)小組，先后由張?jiān)拼ㄖ魅?、張慶偉主任任組長(zhǎng)?！版隙?號(hào)”成功后，黨中央、國(guó)務(wù)院和中央軍委在人民大會(huì)堂召開慶祝大會(huì)，胡錦濤總書記為工程題詞“嫦娥”，溫家寶總理的“高水平、高質(zhì)量、高效率”完成嫦娥工程的指示，都極大地鞭策、鼓舞著我們。在“嫦娥2號(hào)”“嫦娥3號(hào)”成功后，又在人民大會(huì)堂召開慶祝會(huì)，習(xí)近平總書記做出重要指示。這是黨和祖國(guó)給予中國(guó)航天人的最大榮譽(yù)，是我們所有參研參試人員、全國(guó)各行各業(yè)支持我們的同志們共同的榮譽(yù)，是黨的光榮和祖國(guó)的光榮。

經(jīng)過近10年努力，我國(guó)已開辟了深空探測(cè)這一航天新領(lǐng)域；已經(jīng)形成深空探測(cè)的一支完整配套的隊(duì)伍，建設(shè)了可以初步滿足深空探測(cè)任務(wù)要求的基礎(chǔ)理論、技術(shù)和工程體系。

在各有關(guān)部門、研究院所、高等院校的支持下，成立了中國(guó)宇航學(xué)會(huì)下的深空探測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)；創(chuàng)辦了一份學(xué)術(shù)期刊《深空探測(cè)學(xué)報(bào)》。

目前，首要任務(wù)是要做好“嫦娥5號(hào)”的任務(wù)，使“繞、落、回”三步走的目標(biāo)得到全面實(shí)現(xiàn)！

三 深空探測(cè)，走向未來(lái)

“十八大”以來(lái)，深化改革深入人心，各行各業(yè)全面貫徹“十八大”戰(zhàn)略部署，大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、調(diào)整結(jié)構(gòu)逐步深入。我國(guó)“十三五”發(fā)展規(guī)劃已經(jīng)發(fā)布，我有幸作為國(guó)家“十三五”規(guī)劃的專家組成員，參與其中的學(xué)習(xí)、討論、修改完善，使我學(xué)習(xí)到很多東西。對(duì)國(guó)家發(fā)展的前途充滿信心，倍受鼓舞，同時(shí)也深感其難度很大，方方面面的困難極多。針對(duì)國(guó)防科技工業(yè)的發(fā)展，諸如空間進(jìn)入能力和重型運(yùn)載火箭、空間基礎(chǔ)設(shè)施、空間應(yīng)用、遙感應(yīng)用、國(guó)際合作、強(qiáng)化基礎(chǔ)建設(shè)等方面受到廣泛關(guān)注和重視。

“十三五”發(fā)展規(guī)劃的提出是我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科學(xué)、技術(shù)全面發(fā)展，民生、環(huán)境，文化、文明協(xié)調(diào)推進(jìn)的新時(shí)期，在這個(gè)新時(shí)期、新形勢(shì)面前，我們科技工作者要以創(chuàng)新的思維理念，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的前沿意識(shí)和決勝的國(guó)防目標(biāo)審視我們的計(jì)劃和部署。

就深空探測(cè)而言，在10年探月的實(shí)踐基礎(chǔ)上，在工程目標(biāo)和科學(xué)目標(biāo)的確定上要有對(duì)先進(jìn)技術(shù)的跟蹤和系統(tǒng)集成的成果，也要有獨(dú)立自主的開拓和先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新。就科學(xué)目標(biāo)而言，不能滿足于一般性的普通考察，而是要在人類未知領(lǐng)域有所探索，這就需要科學(xué)家和工程師的密切配合。美國(guó)LIGO引力波的發(fā)現(xiàn)，就是工程師和科學(xué)家合作的典范。

經(jīng)過多次反復(fù)論證，我國(guó)行星探測(cè)已經(jīng)起步。火星被確定為中國(guó)深空行星探測(cè)的第一站，這顆紅色星球（在塵暴期呈火-黃色）像太空中的一團(tuán)火光，在召喚著我們、等待著我們。美國(guó)人去了，歐洲人去了，印度人去了，中國(guó)人也準(zhǔn)備好了，我們的火星探索之旅即將起航！

現(xiàn)在的問題是，在向深空出發(fā)之前，我們應(yīng)當(dāng)做好哪些準(zhǔn)備工作？作為一個(gè)“工程”去實(shí)施，我們應(yīng)當(dāng)完成哪些必要條件的準(zhǔn)備（也即“系統(tǒng)工程”中的“必要條件說明”）？我認(rèn)為有以下幾個(gè)方面的準(zhǔn)備是我們必須完成的。

1.成熟的火箭能力

進(jìn)入空間的能力是航天強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)志，經(jīng)過近20年的研制，我國(guó)大型火箭技術(shù)獲得突破性進(jìn)展，以無(wú)毒、無(wú)污染、大推力為標(biāo)志的我國(guó)新一代“長(zhǎng)征5號(hào)”系列火箭正式進(jìn)入發(fā)射考核階段，以“長(zhǎng)征5號(hào)”主發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力系統(tǒng)的“長(zhǎng)征7號(hào)”首飛成功，2017年將以“長(zhǎng)征5號(hào)”為運(yùn)載，實(shí)施“嫦娥5號(hào)”的飛行任務(wù)。

“長(zhǎng)征5號(hào)”的近地軌道能力可達(dá)25 t，這為我們深空探測(cè)活動(dòng)的開展提供了基礎(chǔ)性的進(jìn)入空間能力的保證。以火星探測(cè)能力論，如果探測(cè)器5 t量級(jí)，則“長(zhǎng)征5號(hào)”火箭的特征能量C3在8～15 km2/s2。有了“長(zhǎng)征5號(hào)”的運(yùn)載能力保障，也就為我國(guó)深空探測(cè)鋪就了一條天路。

先進(jìn)航天國(guó)家在進(jìn)入空間能力方面，包括從地球進(jìn)入外層空間以及在外空進(jìn)行姿軌控和機(jī)動(dòng)飛行的能力也在加快發(fā)展。人類以空間探測(cè)和載人空間活動(dòng)為牽引的重型運(yùn)載技術(shù)、空間推進(jìn)技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。

1）重型運(yùn)載技術(shù)方面。俄羅斯在化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)的研發(fā)上一直處于國(guó)際先進(jìn)水平，液氧-煤油發(fā)動(dòng)機(jī)保持著領(lǐng)先地位，其200 t級(jí)（RD-191）、400 t級(jí)（RD-180）、800 t級(jí)（RD-171M）（參見圖 10）及低成本液體發(fā)動(dòng)機(jī)的研制具有重大優(yōu)勢(shì)。為滿足載人登月和探火任務(wù)，俄羅斯曾提出發(fā)展80～130 t級(jí)運(yùn)載能力的重型運(yùn)載火箭的愿景，在RD-171M的基礎(chǔ)上開展新型大推力液氧-煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，同時(shí)開展液氧-甲烷（300 t級(jí)）發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研發(fā)。

圖10 俄羅斯RD-171M液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，海平面推力約7 260 kNFig.10 The Russian RD-171M liquid oxygen kerosene engine, sea level thrust of about 7 260 kN

為了實(shí)現(xiàn)載人探火目標(biāo)，美國(guó)NASA啟動(dòng)了重型運(yùn)載火箭“空間發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）的研制計(jì)劃，第一步采用4臺(tái)RS-25液體發(fā)動(dòng)機(jī)（參見圖 11）和捆綁2臺(tái)5段式大型固體助推器（FSB），達(dá)到近地軌道（LEO）70 t運(yùn)載能力；第二步通過采用新型探索上面級(jí)（EUS）等措施，實(shí)現(xiàn)105 t運(yùn)載能力；第三步通過增加芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量、采用先進(jìn)捆綁助推器等措施，達(dá)到130 t運(yùn)載能力。圖 12為美國(guó)正在開發(fā)的“空間發(fā)射系統(tǒng)”重型運(yùn)載火箭系列。

美國(guó)新興航天企業(yè)SpaceX公司在現(xiàn)役“獵鷹-9”火箭基礎(chǔ)上，通過捆綁兩臺(tái)通用助推器（每臺(tái)裝9個(gè)海平面推力620 kN的“隼-1D”發(fā)動(dòng)機(jī)），使火箭起飛推力超過1 700 t，可實(shí)現(xiàn)54 t的LEO運(yùn)載能力。該公司目前正在研發(fā)推力約235 t的“猛禽”（Raptor）液體發(fā)動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)了800 t級(jí)“隼-2”發(fā)動(dòng)機(jī)的論證。

圖11 美國(guó)RS-25氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，海平面推力約1 860 kNFig.11 The American RS-25 hydrogen and oxygen engines, sea-level thrust of about 1 860 kN

用于進(jìn)入空間的大型固體發(fā)動(dòng)機(jī)得到快速發(fā)展，6月底美國(guó)進(jìn)行了迄今推力最強(qiáng)大的五段式固體助推器（FSB）的地面靜態(tài)試驗(yàn)，該大型固體發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥約630 t，平均推力約1 600 t，將用于美國(guó)“空間發(fā)射系統(tǒng)”重型火箭（參見圖 12）的固體捆綁助推器。歐空局利用固體發(fā)動(dòng)機(jī)研制了“織女星”運(yùn)載火箭，其固體發(fā)動(dòng)機(jī)（P80）直徑3 m，裝藥88 t，質(zhì)量比達(dá)0.92以上。固體分段式發(fā)動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)大推力、大裝藥量、大質(zhì)量比，已成為國(guó)外發(fā)展進(jìn)入空間能力的重要選擇。

此外，航天運(yùn)載器的重復(fù)使用也成為研發(fā)的熱門課題?；鸺破鞯拇怪逼痫w垂直降落、垂直起飛水平降落、海上平臺(tái)回收，以及從空中平臺(tái)發(fā)射火箭等都受到高度關(guān)注。

針對(duì)未來(lái)天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)和太空擺渡的可控、可達(dá)性保證，高超發(fā)動(dòng)機(jī)、變推力發(fā)動(dòng)機(jī)也受到技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的極大重視，美國(guó)已突破亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，超燃發(fā)動(dòng)機(jī)正在加緊研發(fā)并取得重要突破。英國(guó)正在為“云霄塔”研制“協(xié)同吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)”（SABRE），并引入氦作預(yù)冷解決高超熱防護(hù)技術(shù)。SABRE具有吸氣式推進(jìn)和火箭推進(jìn)兩種工作模式，既可在大氣層內(nèi)工作也可在大氣層外工作，目前英國(guó)已突破該發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷器熱交換器等一批關(guān)鍵技術(shù)。

2）先進(jìn)的空間推進(jìn)技術(shù)方面。先進(jìn)航天國(guó)家加大電推進(jìn)與核動(dòng)力技術(shù)的研發(fā)，美國(guó)NASA提出采用功率150～200 kW的太陽(yáng)能電推進(jìn)系統(tǒng)執(zhí)行載人火星探測(cè)的貨物運(yùn)輸任務(wù)，正在開發(fā)高功率的太陽(yáng)能電推進(jìn)系統(tǒng)。美國(guó)研制的變比沖磁等離子體火箭（VASIMR，參見圖 13）樣機(jī)VX-200比沖達(dá)5 000 s、功率200 kW，已進(jìn)入地面驗(yàn)證階段。美俄均啟動(dòng)了空間核推進(jìn)計(jì)劃，美國(guó)正在開展的“核低溫推進(jìn)”項(xiàng)目，將研制功率500 MW的核熱推進(jìn)系統(tǒng)。

圖12 美國(guó)正在開發(fā)的“空間發(fā)射系統(tǒng)”重型運(yùn)載火箭（資料來(lái)源：NASA官網(wǎng)）Fig.12 The “Space Launch System” heavy launch vehicles being developed by US (Source：NASA)

圖13 VASIMR發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.13 The structure diagram of the VASIMR engine

2.創(chuàng)新的工程目標(biāo)、科學(xué)目標(biāo)

我們?yōu)槭裁匆酵馓?？花錢在太空值得嗎？經(jīng)常會(huì)有人問到這個(gè)問題，國(guó)外的同行們也會(huì)遇到同樣的問題。

人類是生活在地球上的智慧生物，人類的智慧表現(xiàn)在他們的思考，人類優(yōu)越于其他生物的地方在于有探索真理的追求。人類總在給自己出題目，也總是尋求答案，在這個(gè)真理的追求中開始認(rèn)識(shí)自己的家園地球、太陽(yáng)系，產(chǎn)生了謂之為“科學(xué)”的理論和用于改變?nèi)祟惿孢^程、條件、環(huán)境的技術(shù)。人類還把他們的眼光投向于深邃的宇宙，探索宇宙的開始和可能的未來(lái)，將宇宙演化和太陽(yáng)系的存在、地球和人類的文明聯(lián)系起來(lái)苦苦求索，試圖回答“我們從哪里來(lái)”“宇宙從哪里來(lái)”這樣的問題。

人類的智慧正在將我們的感知觸摸到物質(zhì)的本源、宇宙的邊緣，引力波的提出和驗(yàn)證又為人類觀測(cè)宇宙打開了一扇窗戶。如果說“硬X射線的輻射可以表征黑洞的存在”是造物主留給人類以探其容的“天窗”，人類為窺視這個(gè)天窗而設(shè)計(jì)的各類探測(cè)手段就是“天眼”，我們航天人則是為科學(xué)家探索宇宙在搭設(shè)“天梯”。

所以我們可以回答，為什么要開展深空探測(cè)：為了人類的求知、為了人類的真理追求、為了揭開宇宙的奧秘。航天正是為這些探索提供支撐，鋪設(shè)“通天路”！

中國(guó)行星探測(cè)的先鋒號(hào)將于2020年奔赴火星。2020年將是人類探測(cè)火星的“熱點(diǎn)活動(dòng)年”，屆時(shí)美國(guó)將實(shí)施“火星2020”任務(wù)；歐洲和俄羅斯聯(lián)合發(fā)射火星著陸和巡視器，開展“火星生物學(xué)2020”任務(wù)；印度和法國(guó)開展“聯(lián)合火星環(huán)繞探測(cè)”；阿聯(lián)酋的“希望號(hào)”軌道器也將在2020年發(fā)射。

自1960年代的開始，人類實(shí)現(xiàn)了40余次火星探測(cè)活動(dòng)，成功率近50%，具體情況參見圖 14。通過這近20次的成功，人類已對(duì)火星的地貌、地質(zhì)、大氣層、土壤與巖石成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)諸多狀況有了一定的了解和掌握。

圖14 世界成功開展的重要火星探測(cè)任務(wù)及近期重大計(jì)劃Fig.14 The world’s successful Mars missions and recent major programs

在行星的探測(cè)任務(wù)中，重點(diǎn)主要放在對(duì)行星的“表、氣、土、水、磁、重”這六個(gè)方面的認(rèn)識(shí)上，即重點(diǎn)獲得行星的表面特征（物質(zhì)、地質(zhì)）、大氣特征（組分、氣候與氣象）、水及痕象（有無(wú)水、水冰或水存在過的痕跡）、表面土壤（與著陸行星有關(guān)的地表風(fēng)、塵暴、土壤塵埃、塵埃厚度密度、表∕淺層物質(zhì)）、重力場(chǎng)（構(gòu)建行星重力場(chǎng)模型）、磁特性（行星磁場(chǎng)、太陽(yáng)風(fēng)與極光、宇宙射線及空間環(huán)境等）。

有學(xué)者將人類探索火星的歷程分為三個(gè)階段：1960—1980年為第一高潮期；1981—1991年為平靜期；1992至今為第二高潮期。從人類探火的頻數(shù)上講，這個(gè)分期有道理，也符合事物發(fā)展的間歇式推進(jìn)規(guī)律。若從科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步的時(shí)間順序看，我以為應(yīng)將1960—1991年作為一個(gè)時(shí)期，即以“工程目標(biāo)”的驗(yàn)證和試驗(yàn)為目的的技術(shù)能力實(shí)現(xiàn)期；1992—2010年，則可看做“科學(xué)目標(biāo)”實(shí)現(xiàn)期；2010年以后進(jìn)入“載人登火”目標(biāo)期。

1）從1964年11月美國(guó)發(fā)射的 “水手4號(hào)”首次成功飛越火星，標(biāo)志人類已有能力達(dá)到火星區(qū)域；1971年5月蘇聯(lián)發(fā)射的“火星3號(hào)”探測(cè)器首次著陸在火星，1971年11月美國(guó)發(fā)射的 “水手9號(hào)”首次環(huán)繞火星，表示人類已有能力進(jìn)入火星軌道；1975年5美國(guó)發(fā)射的“海盜1號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)軟著陸，表示了人類已有能力到達(dá)火星表面，機(jī)器人的足跡踏上火星。

這個(gè)時(shí)期的一系列活動(dòng)都是以工程目標(biāo)為主攻目標(biāo)，以科學(xué)目標(biāo)為牽引性目標(biāo)。這點(diǎn)與我國(guó)探月活動(dòng)確定的方針：“以工程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)為主”“科學(xué)目標(biāo)為輔”是一致的，這也是世界各國(guó)的共同經(jīng)歷。

2）從1992年開始，以“奧德賽”和“火星勘探軌道器”為標(biāo)志的一系列環(huán)繞、落火、就位探測(cè)、火星車巡視探測(cè)，包括“火星快車”“機(jī)遇號(hào)”“勇氣號(hào)”“鳳凰號(hào)”和“好奇號(hào)”任務(wù)等，都有明確的科學(xué)目標(biāo)，并且都是經(jīng)過科學(xué)論證和選擇，在普查基礎(chǔ)上聚焦某些有限的重點(diǎn)科學(xué)研究項(xiàng)目進(jìn)行探測(cè)。這時(shí)期的探測(cè)裝置表現(xiàn)為高的分辨率，為大氣、地表、亞表層、內(nèi)部結(jié)構(gòu)探測(cè)所需的各類傳感器、遙感器的研制；巡視器智能化水平、現(xiàn)場(chǎng)操作能力大幅度提高，所以我將這一段時(shí)期稱作“科學(xué)目標(biāo)”的實(shí)現(xiàn)期，它是探測(cè)活動(dòng)從以“工程目標(biāo)為主”到以“科學(xué)目標(biāo)”帶動(dòng)工程目標(biāo)的階段，以科學(xué)目標(biāo)確定工程規(guī)模、載荷形式和運(yùn)行狀態(tài)。

縱觀國(guó)際上這段時(shí)期科學(xué)目標(biāo)的總牽引是生命科學(xué)，即回答“火星的生命痕跡，火星上水的存在與水的痕跡，生命起源；火星生存研究與探索、原位資源利用、生命保障和人居環(huán)境建設(shè)與保護(hù)等”。

3）從2010年美國(guó)政府提出“2030年載人火星探測(cè)遠(yuǎn)景目標(biāo)”為標(biāo)志，人類對(duì)火星的探索進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期，向“實(shí)現(xiàn)載人登火”的目標(biāo)進(jìn)軍。

我國(guó)的行星探測(cè)先鋒號(hào)正是在這個(gè)時(shí)期啟動(dòng)的。依據(jù)我國(guó)的空間進(jìn)入能力和首次探火所必備的基本探測(cè)能力和測(cè)通能力，我們本可以在2013年實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)，航天界的很多專家學(xué)者都力促2013年到達(dá)火星的目標(biāo)，由于多種原因，當(dāng)時(shí)沒能實(shí)現(xiàn)。但人類探索火星活動(dòng)的第三個(gè)時(shí)期我們趕上了，我們不應(yīng)失去這個(gè)機(jī)會(huì)。

當(dāng)前我國(guó)的火星探測(cè)計(jì)劃確定的目標(biāo)是“繞、落”一次完成，實(shí)現(xiàn)火星巡視探測(cè)，科學(xué)目標(biāo)有創(chuàng)新、工程目標(biāo)要可靠。為此，我們要以此次工程為牽引，突破關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)未來(lái)深空探索活動(dòng)的發(fā)展。

3.關(guān)鍵技術(shù)突破

從深空探測(cè)任務(wù)需求出發(fā)，國(guó)外在相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)上已取得重大突破。

1）新能源系統(tǒng)。太陽(yáng)能和核能在火星探測(cè)器上的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。美國(guó)“好奇號(hào)”火星巡視器采用以钚-238作為燃料的“多用途放射性同位素溫差發(fā)電器（MMRTG）”，可產(chǎn)生2 kW熱功率，用于熱控和發(fā)電。美國(guó)已開展裂變空間電站和外太空星體駐留核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)研發(fā)。我國(guó)也已采用同位素?zé)嵩从糜凇版隙鸸こ獭鄙稀?/p>

在核能的太空利用方面，我們應(yīng)進(jìn)行外太空環(huán)境保護(hù)的研究，特別要重視采樣返回樣本的“純潔性”和所在星體的“本底”保護(hù)。要研發(fā)無(wú)污染的太空能源。

2）進(jìn)入下降和著陸技術(shù)（EDL）。進(jìn)入地外行星、降落并著陸地外行星的技術(shù)統(tǒng)稱為EDL技術(shù)，這既是將其描述為一個(gè)整體過程、又是將其歸納為統(tǒng)一的設(shè)計(jì)任務(wù)。在EDL技術(shù)中，第一位的是控制技術(shù)。

從國(guó)際上看，針對(duì)有大氣層的目標(biāo)行星，EDL一般經(jīng)歷“形、傘、推、緩”四個(gè)階段，即首先是氣動(dòng)外形減速，其制動(dòng)的雙曲線的近拱點(diǎn)（也即制動(dòng)后的橢圓近拱點(diǎn)）的選擇是要慎重的。過低，航天器會(huì)在目標(biāo)星大氣層的減速下急劇下降，甚至?xí)纬勺矒?；過高，則起不到近拱點(diǎn)大氣減速作用。這個(gè)選擇既要在設(shè)計(jì)時(shí)確定，又要有能力進(jìn)行自主管理。應(yīng)在自主管理上下工夫，使其能達(dá)到精確的制導(dǎo)控制。在此，“傘”指用大氣制動(dòng)的降落傘，“推”指反推火箭，“緩”指緩沖器。圖 15為美國(guó)“好奇號(hào)”火星巡視器的EDL示意圖。

圖15 美國(guó)“好奇號(hào)”火星巡視器EDL示意圖Fig.15 The EDL Schematic Diagram of US Curious mission

3）自主管理系統(tǒng)。對(duì)于深空運(yùn)行的航天器，指揮人員很難做到及時(shí)操控管理，所以航天器本身應(yīng)有中途的主動(dòng)感知能力和管理系統(tǒng)以進(jìn)行自主判斷和控制。可以將具有這種能力的系統(tǒng)稱為“有自主管理能力”的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)必須具備下面的基本必要能力：自主定位定向、自主GNC、自主狀態(tài)感知、自主狀態(tài)控制、自主診斷分析、自主結(jié)構(gòu)重組、自主能源管理、自主運(yùn)行規(guī)劃。

具有這些自主功能的系統(tǒng)可以稱之為自主管理系統(tǒng)，其主要標(biāo)志是自主運(yùn)行規(guī)劃，因?yàn)槠渌黜?xiàng)自主功能是自主運(yùn)行規(guī)劃的基礎(chǔ)和必要條件。

在自主管理系統(tǒng)開發(fā)上，要加強(qiáng)航天控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)和原始創(chuàng)新的推動(dòng)，特別是系統(tǒng)的仿真條件、仿真技術(shù)的基礎(chǔ)研究，在仿真建模和模型數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)方面要發(fā)揮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的作用。

4）深空環(huán)境適應(yīng)技術(shù)。深空強(qiáng)烈的空間輻射、大溫差、小流星體、高真空、人造空間物碎片以及小行星、彗星及行星造成的軌道攝動(dòng)等給深空探測(cè)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，開展深空探測(cè)必須解決這些問題。在地球磁場(chǎng)外，空間輻射可對(duì)電子設(shè)備和航天員形成極大威脅，需要解決強(qiáng)烈的空間輻射問題，開展保護(hù)、減輕電子設(shè)備和航天員損傷的技術(shù)。高輻射、超低溫、高溫差的環(huán)境對(duì)深空探測(cè)器采用的材料提出了新的挑戰(zhàn)，巡視器或太空艙采用的結(jié)構(gòu)與材料、輕質(zhì)可長(zhǎng)期執(zhí)行任務(wù)的機(jī)械裝置等均要適應(yīng)深空環(huán)境條件。深空探測(cè)活動(dòng)周期長(zhǎng)，需要解決如何應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期性的空間環(huán)境問題。美國(guó)“朱諾號(hào)”探測(cè)器（參見圖 16）在太空中飛行歷時(shí)5年，于2016年7月4日才到達(dá)木星，在環(huán)繞木星的一年中它還要承受超強(qiáng)的宇宙射線的照射，這將是對(duì)其總體設(shè)計(jì)和防護(hù)功能的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

圖16 美國(guó)“朱諾號(hào)”木星探測(cè)器示意圖Fig.16 Schematic diagram of the US Juno Jupiter spacecraft

有人參與的太空探測(cè)活動(dòng)，給我們提出了空間環(huán)境感知、空間環(huán)境條件與生命生存的適應(yīng)性保障等技術(shù)挑戰(zhàn)，這些問題是我們必須首先認(rèn)識(shí)并必須采取措施解決的。這些技術(shù)必然會(huì)對(duì)地球生物的輻射防護(hù)、地球生物圈的感知與保護(hù)具有重大意義。

除了上述關(guān)鍵技術(shù)，未來(lái)開展行星探測(cè)等任務(wù)還需要突破傳感器或遙感器（遙感探測(cè)幾乎需要全頻譜探測(cè)）、深空通信技術(shù)、表面上升技術(shù)、GNC技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、原位資源利用技術(shù)、航天員健康以及極端條件下的生存技術(shù)等。這些技術(shù)的開發(fā)和利用，與人們的未來(lái)生活息息相關(guān)。

此外，有關(guān)深空資源利用問題。雖然我并不認(rèn)為NASA的“小行星采礦”是解決地球資源的一個(gè)出路，但這樣的設(shè)想?yún)s也不乏創(chuàng)意，也許在若干時(shí)代后它會(huì)成為現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)在可以看得到的利用太空微重力環(huán)境確實(shí)已經(jīng)為“太空工廠”提供了廣闊的思考聯(lián)想和創(chuàng)造的時(shí)間和空間。“太空制造”也許會(huì)在不遠(yuǎn)的未來(lái)，在材料加工、藥品制造、晶體材料生成、太空特有環(huán)境的利用上成為人們新的選擇。NASA開展了“空間經(jīng)濟(jì)學(xué)研究”，并寄希望從未來(lái)的空間制造業(yè)中獲利。

四 建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)，任重道遠(yuǎn)

2016年4月23日習(xí)近平總書記為首個(gè)航天日作出重要批示。“探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)，是我們不懈追求的航天夢(mèng)?！边@是祖國(guó)的呼喚、黨的號(hào)召，是民族的期盼?！皬V大航天科技工作者要牢牢抓住戰(zhàn)略機(jī)遇，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，勇攀科技高峰，譜寫中國(guó)航天事業(yè)新篇章，為服務(wù)國(guó)家發(fā)展大局和增進(jìn)人類福祉做出更大貢獻(xiàn)?！边@是習(xí)總書記下達(dá)的動(dòng)員令和對(duì)中國(guó)航天發(fā)展的總要求、總目標(biāo)。

李克強(qiáng)總理在4月23日作出重要批示，要求我們?cè)诖蟊妱?chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新、激發(fā)全社會(huì)創(chuàng)新活力方面，繼續(xù)努力奮斗，為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，提升國(guó)家綜合實(shí)力作出新貢獻(xiàn)，讓“航天夢(mèng)”助推“中國(guó)夢(mèng)”早日實(shí)現(xiàn)。

建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)，我們首先要回答的問題是，在當(dāng)代具有什么樣的條件或能力，才算是航天強(qiáng)國(guó)，我們應(yīng)當(dāng)在哪些方面去實(shí)踐并實(shí)現(xiàn)我們的航天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。這是一個(gè)很復(fù)雜的問題，也是一個(gè)必須回答的問題。這里我就自己的初淺理解提出幾點(diǎn)思考，供研究。

我認(rèn)為一個(gè)國(guó)家成為航天強(qiáng)國(guó)必須具備如下必要的基本能力：

1）強(qiáng)大的空間進(jìn)入能力；

2）強(qiáng)大的科學(xué)、技術(shù)基礎(chǔ)和重大工程實(shí)現(xiàn)能力；

3）強(qiáng)大的研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)和驗(yàn)證能力；

4）強(qiáng)大的人才隊(duì)伍和隊(duì)伍的創(chuàng)新能力；

5）強(qiáng)大的應(yīng)用能力及與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)、民生發(fā)展的融合能力；

6）強(qiáng)大的空間基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建能力，包括其保護(hù)、持續(xù)發(fā)展的領(lǐng)先能力；

7）比較充分地滿足社會(huì)發(fā)展所提出的需求的能力。

這里因篇幅所限不再展開，只是點(diǎn)出題目。

除了這七大能力之外，諸如國(guó)際合作能力、發(fā)展資金保證能力、基礎(chǔ)條件（元器件、材料）保障能力等都可以歸入上述能力之中。要在補(bǔ)短板上加大力度，要在卡脖子問題上下大工夫，集中力量，突破瓶頸，為我們的航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)打開通道。

我們要安排好的第一項(xiàng)重要任務(wù)是做好發(fā)展規(guī)劃。實(shí)現(xiàn)航天強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)是一項(xiàng)重大的系統(tǒng)工程，而系統(tǒng)工程的開啟項(xiàng)就是需求分析和任務(wù)分解結(jié)構(gòu)，所以要從社會(huì)進(jìn)步的需求入手，確定發(fā)展方向和發(fā)展目標(biāo)，確定行動(dòng)安排。我有幸參加中國(guó)工程院組織的“中國(guó)工程科技2035發(fā)展戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目中“經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)與需求分析”專題的研究工作，現(xiàn)將我在研究中的一點(diǎn)體會(huì)，在這里提出來(lái)供參考。

從國(guó)家層面而言，航天工程科技的發(fā)展需求包括民生發(fā)展需求、科技推動(dòng)需求、國(guó)防需求、新興產(chǎn)業(yè)推動(dòng)和發(fā)展需求、空間科學(xué)與空間技術(shù)的需求、空間應(yīng)用需求。在民生方面包括導(dǎo)航定位、遙感、通信，這些都是與人民生存和生活、環(huán)保息息相關(guān)的技術(shù)；國(guó)防方面包括未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，這些都離不開太空基礎(chǔ)設(shè)施的保障，甚至深遠(yuǎn)海的信息，通信更要依賴于空間的鏈路保障；新興產(chǎn)業(yè)中的太空生物學(xué)、太空制藥、太空材料、太空農(nóng)業(yè)、太空醫(yī)學(xué)等已經(jīng)開始進(jìn)入人類社會(huì)之中；空間科學(xué)的進(jìn)步促進(jìn)了太空天文學(xué)、空間物理學(xué)、太空宇宙學(xué)、空間地球科學(xué)、太空環(huán)境學(xué)、比較行星學(xué)、太空生命科學(xué)的創(chuàng)新和發(fā)展。

早在20年前我們就開始研究的“小行星附著”課題，現(xiàn)在已經(jīng)得到了極大的發(fā)展，取得了諸多成果，這為人類探測(cè)、確定危害地球的小行星，并使其改變危害狀態(tài)的目的成為可能。

在未來(lái)深空探測(cè)活動(dòng)中，要有獨(dú)特的創(chuàng)新思路，我們的工作不是對(duì)前人已進(jìn)行的探索的某些重復(fù)，而是在前人尚未進(jìn)行的活動(dòng)或尚未到達(dá)的領(lǐng)域有所創(chuàng)新，為人類的認(rèn)知做出我們的貢獻(xiàn)。

中國(guó)科學(xué)院近些年進(jìn)行的空間科學(xué)探索及利用空間基礎(chǔ)進(jìn)行的科學(xué)活動(dòng)是極具創(chuàng)新性、前沿性的活動(dòng)。8月16日，我國(guó)發(fā)射了“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”，這是我國(guó)科學(xué)家率先行動(dòng)，它一定會(huì)在“量子密鑰生成”“遠(yuǎn)距量子糾纏存在”“星地間量子隱形傳態(tài)的實(shí)現(xiàn)”上有所發(fā)現(xiàn)、有所發(fā)展，對(duì)人類量子通信做出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。我贊賞這樣的空間科學(xué)活動(dòng)，即便沒有完全達(dá)到最圓滿的預(yù)想成果，也是值得支持和鼓勵(lì)的。一個(gè)沒有任何風(fēng)險(xiǎn)、一個(gè)完全可以預(yù)知的試驗(yàn)，只能是一種驗(yàn)證，絕不會(huì)是一個(gè)原始性創(chuàng)新。習(xí)近平總書記號(hào)召我們的青少年要“崇尚科學(xué)、探索未知”，要有“勇于創(chuàng)新的熱情”，正是對(duì)原始性創(chuàng)新的鼓勵(lì)和支持。

在規(guī)劃我國(guó)深空探測(cè)的發(fā)展路徑時(shí)，要密切關(guān)注國(guó)際發(fā)展動(dòng)向，而且要有極大的國(guó)際合作熱情。我國(guó)是國(guó)際宇航聯(lián)合會(huì)的成員國(guó)，應(yīng)積極投入其中的活動(dòng)。太空屬于全人類，美國(guó)NASA科學(xué)家卡爾·薩根曾將地球描述為“碩大宇宙夜幕中的一個(gè)孤獨(dú)的圓點(diǎn)”，我們只是太空這個(gè)小點(diǎn)上的一員。

在規(guī)劃發(fā)展計(jì)劃時(shí)，要吸取國(guó)外同行已經(jīng)取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，使我們的計(jì)劃既有繼承又有發(fā)展，既有補(bǔ)充也有創(chuàng)新。

在確定具體工程項(xiàng)目任務(wù)時(shí)，要充分利用我國(guó)的基礎(chǔ)條件，特別是發(fā)揮全國(guó)大協(xié)作的優(yōu)勢(shì)，做到科學(xué)上有所貢獻(xiàn)、技術(shù)上有突破性進(jìn)步、工程上有各種資源的保證、資金上做到各方努力可承受；做到出成果、出人才、出效益，使我們的深空活動(dòng)建立在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上。

火星探索的先鋒號(hào)任務(wù)已經(jīng)確定，小行星、內(nèi)行星、彗星及木星也將成為我們的探測(cè)目標(biāo)。任務(wù)艱巨，前途光明，任重道遠(yuǎn)。讓我們共同努力，實(shí)現(xiàn)偉大的強(qiáng)國(guó)夢(mèng)！

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2095-7777(2016)04-0295-12

10.15982/j.issn.2095-7777.2016.04.001

欒恩杰.探索浩瀚宇宙 建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)——紀(jì)念中國(guó)深空探測(cè)12周年[J].深空探測(cè)學(xué)報(bào)，2016，3（4）：295-306.

Reference format：Luan E J.The rising China space heading for the endless universe [J].Journal of Deep Space Exploration，2016，3（4）：295-306.

欒恩杰（1940- ），男，中國(guó)工程院院士。主要研究方向：自動(dòng)控制，航天工程管理。

2016-09-26；

2016-10-26