仰望星空,助力探月——“嫦娥四號”背後的南大天文人

2019年1月3日,黑龍江佳木斯某測控站。

一群技術工作人員全神貫注地盯著屏幕,隨時跟蹤中繼衛星“鵲橋”的動向——它承擔著為嫦娥四號探測器提供中繼通信服務的重大任務,而此時正是關鍵的“落月720秒”,任何一個環節都不能出現紕漏。

“遙測數傳信號正常!”調度指揮員陳虹宇簡練清晰地向北京航天飛行控制中心進行彙報。這位90後測控工程師畢業於南京大學天文系,在此次嫦娥奔月工程中,他擔任該測控站的調度指揮員。

仰望星空,助力探月——“嫦娥四号”背后的南大天文人
仰望星空,助力探月——“嫦娥四号”背后的南大天文人

陳虹宇在工作中

10時26分,嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面東經177.6度、南緯45.5度附近的預選著陸區,並通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。這是人類探測器首次在月球背面軟著陸,也是人類首次實現月背與地球間的中繼通信。

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嫦娥四號探測器拍攝的月背影像圖

“嫦娥四號,有我!”控制室裡響起慶祝的掌聲。這支被網友調侃“黑髮濃密”的年輕團隊終於鬆了一口氣。陳虹宇也不例外——他靠在椅背上,心中湧起激動和喜悅,但更多的,是平日裡多次練習操作後的平靜、淡然、“順理成章”。

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中國探月工程的成功背後,是無數中國航天人的努力與堅守。而從理論論證到最終成功實施,不同時期的各個環節、領域,都有南大天文人的身影。

奔月-環月-落月-探月

嫦娥四號的“奔月”征程其實早在2018年上半年就已經開始。

2018年5月21日,計劃為嫦娥四號提供中繼通信服務的中繼星成功發射,並於7月15日成功完成在軌測試和天線標定。

2018年12月8日,嫦娥四號探測器成功發射,開啟了從地球奔向月球的旅程。12月12日,探測器進入近月點約100公里的環月軌道,等待良好的著陸時機。環月18天后,12月30日,探測器在環月軌道成功實施變軌控制,順利進入準備月揹著陸預定軌道。

2019年1月3日,嫦娥四號順利在月球背面著陸。著陸點選在了月球背面南極-艾特肯盆地(簡稱SPA)中的馮·卡門撞擊坑(中心位於東經176.2°,南緯44.4°)內。選在這裡著陸,不僅僅是因為月之背面還沒有著陸任務去過,還因為南極-艾特肯盆地本身就有重要的、不可替代的科學價值——它是太陽系中目前已知的最大的撞擊盆地之一,也是月球上最深、最古老的大型撞擊盆地。對南極-艾特肯盆地的實地考察,有助於幫助人類加深對南極-艾特肯盆地的形成、月球深處的成分,以及月球地質歷史的理解。

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馮·卡門撞擊坑的位置和周圍的幾個撞擊坑,黃色為本次嫦娥4號的著陸點| LRO WAC/haibaraemily

具有里程碑意義的著陸得到了全世界的關注,但真正對月球進行的的科學探測工作才剛剛開始。著陸器與巡視器“玉兔二號”分離之後,二者分別按計劃開展工作。未來,嫦娥四號計劃完成以下探測任務:①探測月球背面巡視區的地形地貌、礦物成分;②探測背面巡視區的淺表層結構;③利用月球背面得天獨厚的射電天文環境展開低頻射電天文觀測。著陸器和月球車的設計壽命分別為6個月和3個月,所以在接下來的半年裡,我們靜待嫦娥四號給我們帶來新發現。

“放風箏的人”

嫦娥四號項目分為探測器和中繼衛星兩大部分。由於探測器計劃在月球背面著陸,因此要通過中繼衛星來向探測器發射信號和指令,控制著陸器的姿態,進行快速調姿、光學粗避障、懸停精避障,最後緩速下降成功落月。

而任務的順利完成,離不開北京航天飛行控制中心與測控站的通力合作。如果用人的軀體來類比整個嫦娥四號項目的話,北京中心在其中擔負著大腦與神經中樞的角色,負責整個任務的軌道設計、飛行控制、數據處理和信息交換。而分佈各地的測控站就是耳目和手足,負責發送指令、控制姿態以及接收探測器採集到的各類科研數據。而具體到落月過程中,就是當地面站通過測控天線準確接收到探測器的位置和姿態信息後,北京中心根據這些信息來對探測器的狀態進行實時監測,在相應時間點給測控站下達探測器的調姿指令,再由測控站發給探測器。探測器正確執行後,即可完成一次成功著陸。

如果將探測器比作“風箏“,那麼北京航天飛行控制中心便是決定風箏走向的指揮官,各基站技術工作人員則是以電磁波為線的“放風箏的人”。

看似浪漫的“仰望星空”背後,是腳踏深雪的寒冷與寂寥。陳虹宇所在的佳木斯地面站離市區120公里,人跡罕至。有一次,給營地拖運糧食的車在路上顛簸掉了一袋大米,個把月後,在返回的路上,發現還在那裡。

地面站要負責對地面設備進行維護保養和檢修,保證信號的正常傳輸,作為負責人的陳虹宇則要負責各項任務的調度指揮。由於駐地處於東北林區,每到冬天,零下20度的氣溫和不化的積雪都會讓維護檢修大型設備、更換天線部件等日常工作變得十分困難,特別是當嚴酷的環境再搭上佳木斯直徑高達六十多米的雷達天線作為檢修對象,這其中的工作困難就變得更為明顯。

陳虹宇並不認為自己的工作非常“重要”。但是再“簡單”的事情要做到重複千遍不出錯,也並不是一件容易的事情——在嫦娥四號這個大工程中,有無數個不可或缺、也不能出現任何差錯的小環節,工作中需要始終保持高度的嚴謹、認真和負責。

走出校園,已經畢業七年的陳虹宇有時還是會想起在南大讀書的時光。

他記得那時本科四年要搬三次宿舍——大一在浦口校區,大二大三在仙林校區,大四在鼓樓校區。在南大的校園裡,陳虹宇學著想學的知識,做著想做的事情。學校新校區從無到有,再慢慢發展完善——那是充滿變化與新奇感的四年,是比較“純粹”的四年,也是自身和南大共同成長的四年。

離開校園之後,他被分配到某深空測控站從事深空觀測工作,開啟了自我奮鬥的人生新徵程,但南大和學院對他的影響依然是長久、深遠的。南大紮實的基礎教育、南大天文與空間科學學院公認的學科實力和南大天文人良好的行業聲譽,都助力他在工作中成長髮展,南大畢業生的身份也讓他始終鞭策自己繼續努力。

“南大出來的都得好好幹,就是這麼個想法。”

2018年上半年,嫦娥四號的中繼衛星發射。和以往一樣,陳虹宇通過話筒和北京控制中心的工作人員進行溝通和交流,任務最終順利完成。後來在一次聊天中,陳虹宇才發現當時和自己通過話筒交流的正是在北京航天城從事嫦娥四號總體軌道設計工作的南大校友張磊。

事實上,除了在測控站做指揮工作的陳虹宇、在航天城總體部軌道組從事軌道設計與導航相關工作的張磊,參與嫦娥四號任務的南大天文人還有許多——航天城總裝備部測量通信所的辛曉生、北京飛行指揮控制中心的曹建峰和段建峰、上海天文臺的褚張虎、李培佳和秦松鶴。

不同崗位上的南大天文人,在為嫦娥四號工程貢獻著自己的力量。

仰望星空,助力探月——“嫦娥四号”背后的南大天文人

南大青年

資料來源 | 果殼、“中國探月工程”官方微博、湖北日報、人民網

採訪 | 韓政 林瑋琦

資料整理 | 劉卓然

文 | 林瑋琦

美編 | 陸逸凡

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