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西昌衛星發射場準備發射“嫦娥一號”的三號發射塔架準備就緒(10月21日攝)。目前，我國第一顆繞月探測衛星“嫦娥一號”發射前的各項準備工作就緒。
所有的一切都是利用中國自己的技術、自己的產品、自己的設計、自己的條件完成的。“嫦娥一號”，完完全全的“Made in China”
西昌衛星發射中心，我國自行研製的長征三號甲運載火箭於10月24日18時5分託舉着“嫦娥一號”衛星順利升空。至此，中國航天一座新的里程碑式重大工程——繞月探測工程成功拉開序幕。
從論證到立項
2000年11月22日，中國政府首次公佈了航天白皮書——《中國的航天》，明確了近期發展目標中包括“開展以月球探測爲主的深空探測的預先研究”。
2001年，由航天科技集團公司高級技術顧問孫家棟院士牽頭，國防科工委組織航天科技集團公司、中國科學院、總裝備部有關單位等，正式啓動月球探測工程的相關論證工作。航天科技集團公司所屬的中國空間技術研究院作爲中國空間技術的主力軍，率先展開月球探測衛星方案的論證工作。
誕生了東方紅一號、神舟系列飛船的中國空間技術研究院，充分利用我國應用衛星研製成功的經驗和成果，最大限度地採用經過飛行試驗檢驗的衛星平臺及相關分系統的硬件和軟件，通過兩年多的艱苦會戰，設計出結合了東方紅三號衛星平臺與中國資源衛星特點，又具備多項新技術的“嫦娥一號”衛星方案，並順利完成了奔月、探月的關鍵技術攻關。
從1994年國家組織相關專家對開展月球探測的必要性、可行性進行初步分析和論證，到2004年2月25日國防科工委正式宣佈中國月球探測工程“嫦娥工程”正式實施，前後共有包括航天科技集團公司專家在內的50多名院士、150多位專家參加了探月工程的論證和實施準備工作。這些前期大量的分析論證和方案設計工作，爲日後三年內如期完成探月計劃奠定了堅實的基礎。
2004年1月23日，溫家寶總理批准繞月探測工程立項，我國月球探測工程全面啓動。作爲“‘繞’、‘落’、‘回’”三步走的第一步，一期工程就是研製和發射探月衛星“嫦娥一號”。
“嫦娥工程”總體對“嫦娥一號”衛星提出的目標是：精確變軌、繞月飛行、有效探測、一年壽命。
在研製中，爲實現多次軌道機動和在各種複雜的環境下衛星能夠可靠運行，工程技術人員遵循和貫徹了一系列可靠性設計原則，採用了大量的相關技術，極大地增強了衛星的可靠性。
首先，儘可能地簡化設計。本着簡單實用可靠的原則，“嫦娥一號”衛星在初樣設計中，儘量簡化系統配置，減少硬件和軟件的數量和規模。
其次，堅持了技術的繼承性和產品的通用化、系列化和組合化的“三化”原則，最大限度地採用了“三化”產品或經過空間飛行考驗的硬件、軟件和成熟技術。部件的選擇繼承了許多衛星的成熟部件，並根據“嫦娥一號”衛星的特殊應用做了適應性修改和優化設計，實施了新技術必須經過驗證的做法。
第三，進行了冗餘和容錯設計。採取充分和合理的硬件和軟件的冗餘和容錯設計，提高了系統的可靠性。
第四，進行了耐環境的設計等。
實現多項技術跨越
“嫦娥一號”衛星是繞月探測衛星工程五大系統的核心部分。在總設計師葉培建、副總設計師孫澤洲的帶領下，“嫦娥”團隊的攻關成果來之不易。
國際上走在深空探測最前沿的國家，進行月球探測的第一步往往選擇“撞”或者“掠”，就是利用撞向月球或者從月球身邊掠過的時間，對月球進行基本的探測，在掌握了月球的一些基本數據後再進行繞月飛行。而“嫦娥一號”衛星起點選擇“繞”！
對一個距離地球38萬多公里遠的從未到過的天體，如何去？怎麼去？要讓“嫦娥”跨越如此遙遠的距離順利奔向月球，研製人員先後攻克了衛星軌道設計、大幅度提升遠距離測控技術、如何克服月食影響等多項技術難關。
怎樣才能選擇一條既精準又合適的地—月轉移軌道，並在異常複雜的太空環境下調整、維持和優化軌道呢？按照設計方案，“嫦娥一號”衛星發射後先在三個調相軌道運行幾天，軌道週期分別是16、24和48小時，之後再奔月而去，並在抵達月球前“急剎車”，在繞月軌道上圍繞月球極地軌道作三次軌道調整後進入預定工作軌道。整個飛行過程要經歷調相軌道、地月轉移軌道、月球捕獲軌道和環月工作軌道幾個階段。
軌道設計方案誕生是艱苦而具有決定性的。月球探測器運動的全過程要涉及三體問題，即使是最簡單的三體問題，歷代天文學家和數學家的潛心研究至今也未找到工程上可用的分析解。有關專家找到了1960年代美國在着手“阿波羅”登月計劃時，兩位學者對地月轉軌問題所作的一篇奠基性的論文，無奈論文只給出了結果但未給出算法方面的任何信息。經過反覆的討論和無數次的計算，他們終於找到了一種數值方法原則上可以達到任意精度的有效方法，可以復現美國學者所獲得的結果。在此算法基礎之上，他們利用簡化的三體運動的模型對於地月轉軌進行全局性的研究，其結果對於“嫦娥一號”衛星的軌道設計起了決定性的作用。
另一個需要攻關的軌道問題是關於調相軌道的設計。在把衛星送入地月轉移軌道時，國外常用的做法是由運載火箭直接來完成這個任務。考慮到擔任發射任務的長征三號甲運載火箭和東方紅三號衛星平臺的實際情況，系統工程室採用了一種新的做法，火箭只把衛星送到地球同步轉移軌道或者更高的超同步軌道，之後衛星依靠自身的推進系統進一步加速達到月球附近。“嫦娥一號”衛星是世界上實踐這種探月方式的第一顆衛星。
從距地7萬公里到地月38萬公里的距離，衛星各類信號面臨着嚴重衰減的問題。而現狀是，我國測控站只能支持略大於地球同步軌道衛星的高度，如何大幅度地提升遠距離測控技術是要解決的另一關鍵。測控數傳分系統設計方案確定過程非常艱苦，負責這一課題的人員日夜攻關，對方案一次又一次的論證、修改，最終的方案設計擁有不少獨到之處，確保了“嫦娥一號”能夠把寶貴的科學探測數據穩定可靠地傳回地面。其中，大角度機械掃描定向天線是首次被採用。
在各種方案已經基本確定的情況下，2005年上半年，我國氣象部門預測到，“嫦娥一號”在一年的壽命期內不可避免地需經歷兩次月食！
這又是一個巨大的考驗！月食發生時，太陽光被擋住，周圍變得異常寒冷，衛星是依靠太陽能供電工作，如果溫度太低，衛星上的儀器將有可能凍結，無法工作。實際上月球表面的熱環境也十分複雜，這些都將對衛星的供電能力、熱控的維持能力，星上狀態設置的準確性和最小功耗模式的穩定性造成巨大影響。這一切意味着，在僅餘的兩年時間裏，必須通過各種補充試驗來設法提高“嫦娥一號”的生存能力和可靠性。科技人員從攻關論證入手，全面分析各種不確定性因素，改進了相關分系統的設計，對關鍵環節進行了專項試驗驗證，對衛熱設計和數管軟件進行了修改和完善，使衛星能夠抵禦住巨大的冷熱溫差。
可以奔月，可以耐受高溫嚴寒，還必須具備一顆可靠靈敏的心臟，這顆心臟就是衛星制導導航與控制系統，簡稱GNC系統。其中，紫外敏感器是本次GNC系統的一個亮點，是我國首次在衛星上使用。紫外月球敏感器是一全新的具有國際水準的設備，在150°大視場光學設計、複雜月像處理並提取姿態信息及整機地面試驗與驗證等方面均有所創新，產生了若干項自主知識產權。裝配了各種敏感器的GNC系統可以自主地指揮衛星做出各種動作，也可以按照地面站的指令讓衛星在太空中也能按照人們的意圖工作。
“嫦娥工程”一期工程將創造中國航天器史上多個第一的紀錄：第一個進入月球軌道的航天器；第一次在飛行中實現至少8次變軌的航天器；第一次使用紫外敏感器進行姿態確定的航天器；第一次實現遠程測控通信的航天器等。
長征火箭不辱使命
發射“嫦娥一號”衛星的長征三號甲運載火箭，由中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院研製。
“長三甲”與探月工程的淵源頗深。也許人們想象不到，長三甲的研製者是最早明確提出探月設想的團隊之一。這裏面有個小故事。1993年，長征三號甲火箭正在研製，準備於次年初進行第一次飛行試驗。此時，第一次飛行試驗還沒有明確的有效載荷，於是火箭總設計師龍樂豪等想到是否可以用它來進行探月的嘗試，把一個東西打到月球上去，在月球上第一次留下中國人的印記。這樣既試驗了火箭性能，又爲探月開了路，豈不一舉兩得？這個建議在內部會議上被提了出來，然而終因缺乏可行性而沒有得到批准。十多年後，長三甲火箭果真承擔起發射我國第一顆繞月探測衛星的重任。
長三甲火箭從一開始研製就制定了較高的技術指標。爲了實現這些指標，研製人員在方案論證階段提出百餘項新技術項目，其中重大新技術項目約30項，關鍵技術4項。隨着研製工作的逐步深入，又提出了一些新的課題，到1993年3月，重點新技術項目總數爲41項。這些新技術不但代表着當時國內的最高水平，許多項目還趕上或超過了世界航天大國的技術水平。其中重大技術關鍵項目有4項，即:大推力氫氧發動機；動調陀螺四軸平臺技術；冷氦加溫增壓技術；低溫氫氣能源雙擺伺服機構技術。重點新技術有41項，這些新技術爲火箭整體技術目標的實現提供了保證，同時，四大關鍵技術的確立，形成了整個火箭研製的主攻方向。經過8年攻關，上述技術先後都被突破。
爲了執行“嫦娥一號”衛星發射任務，火箭研製人員對長征三號甲作了適應性改進，應用了5項科技創新項目。它們分別是：長征三號甲系列火箭遠距離通用測試發控系統總體設計；控制系統系統級冗餘技術研究與應用；三級氫氧發動機校準試車後不分解技術研究與應用；激光慣性測量組合技術研究與應用；可靠性增長項目應用。
十多年來，長三甲火箭先後多次發射，次次成功，取得了100%成功。這一次，長三甲火箭再次不辱使命，圓滿完成了發射任務，準確地把“嫦娥一號”衛星送入了預定軌道。
年輕的事業，年輕的團隊
“嫦娥一號”衛星副總指揮龍江，34歲。
“嫦娥一號”衛星副總設計師孫澤洲，37歲。
“嫦娥一號”衛星總體主任設計師饒煒，36歲。
“嫦娥一號”研製團隊平均年齡不到30歲。這是一支那麼年輕的團隊！
要實現“精確變軌，繞月飛行，首飛成功，一年壽命”的探測工程目標，年輕的嫦娥研製團隊在充分利用現有衛星研製成果的同時，更針對月球探測衛星的新特點，集思廣益開拓進取，短短3年多來先後攻克了軌道設計、月食問題、兩自由度數傳定向天線研製、衛星熱設計、制導/導航與控制分系統設計、測控數傳分系統設計、紫外月球敏感器、數管分系統設計等一系列技術難題，拿下了一大批具有自主知識產權的核心技術。
按照中央“高標準、高質量、高效率地完成繞月探測任務”的指示，“嫦娥一號”衛星研製團隊狠抓質量管理。在衛星研製的過程中，他們周密計劃、大力協同，對所有單機、分系統和系統總體的設計都要進行全面複查複審、反思、質疑，每個環節都要進行拉網式的、從最小單元開始的複查複審，反思存在的差距和薄弱環節。整個嫦娥研製隊伍上下一心，把每一項複查工作都深入到研究室工程組一級，確保“嫦娥一號”衛星不帶問題出廠、不帶問題轉場、不帶隱患上天和在軌穩定運行。
除了繼承已有的經驗，完成型號質量工作中的一系列“規定動作”，如複覈復算與複查、嚴格質量歸零、認真評審、關鍵件及關鍵項目控制等，他們還針對衛星可能發生的意外情況，提前做好了84項故障預案與對策，對每個可能出現的故障都進行了預先的模擬，做足瞭解決方案。根據“嫦娥”的飛行特點，飛控分系統在發射前進行了大量飛控準備，在地面建立了一整套地面支持系統。這一套1:1的地面系統從衛星發射的第一秒起就能夠實時模擬衛星運行情況，一旦衛星在天上發生意外，在地面就能夠一目瞭然運籌帷幄，在第一時間同步發現故障。
測控也是“嫦娥一號”衛星質量的一個關鍵問題，爲了確保測控的安全和可靠，研製隊伍對所有要求測控的地方都進行了對接。這個由二三十歲年輕人組成的對接試驗隊在葉培建院士帶領下跋山涉水，奔赴全國各地的站點以及德國等地進行測控工作。他們帶着二十多個沉重的設備箱，沿途搬運裝卸，在一天之內從祖國最西邊的新疆輾轉趕到魚米之鄉的蘇滬，無論是苦戰在烏市早晚二三十度溫差的南山牧場上，還是耐受着華東三十多攝氏度的桑拿天；無論是工作在條件較好的屏蔽間內，還是奮戰在正在檢修、條件艱苦的測控船上，每當到達一個新的目的地時，不管有多晚，有多累，大家放下行李後的第一件事，就是把設備展開進行檢查。
三年磨一劍，中國空間技術研究院“嫦娥”研製隊伍爲衛星健康奔向月宮打下了堅實的基礎，也向世人展示了深空探測人才的智慧與品格。
與實施載人航天工程一樣，月球探測是一個國家綜合國力的體現，是航天技術發展水平的象徵，是提升國家地位的載體，更是一個國家科學技術發展水平的重要標誌。
中國航天科技集團公司總經理、繞月探測工程領導小組副組長馬興瑞說，利用“嫦娥一號”衛星，我國將成爲世界上第一個繪製立體月球地圖的國家。國際上已有多個版本的平面月球地圖，但立體的只有兩幅，且做得不完整。“嫦娥一號”衛星將通過對月球表面進行全月面三維立體照相，繪製出完整細緻的立體月球地圖。由於目前國際上還沒有覆蓋真格月面的影像，如果我國獲取全月面三維影像，將能夠更好地瞭解月球表面的基本地貌、地質構造、演化歷史。我國要爭取比國外已有的此類圖像做得更完整、更精細，從而獲知爲未來登陸月球提供參考數據。
據介紹，中國還將首次利用微波輻射來測量月壤厚度，並估算月壤中氦-3的分佈和資源量。還將對月球表面的其他有用元素進行探測，並初步編制各元素的月面分佈圖。之前美國已經做了5種有用元素的全球性分佈與含量探測，“嫦娥一號”要把元素探測的範圍擴大到14種。此外，“嫦娥一號”衛星將首次探測遠至4萬至40萬公里間的空間環境。更難能可貴的是，在這宏大的系統工程中，所有的一切都是利用中國自己的技術、自己的產品、自己的設計、自己的條件完成的。“嫦娥一號”，完完全全的“Made in China”! |
