鄭永潔：“太空水漂”“月軌無人對接”——全世界都在吹的牛，隻有中國做到了
嫦娥五号月壤采樣任務順利完成後，有網友翻出了2005年刊有各國探月計劃的報紙，評論道：“大家都在吹牛，怎麼中國就當真了？”是的，中國航天人15年前種下了深空信念的種子，默默耕耘，終得繁華！
在探月工程中，嫦娥五号完成了“5個首次”的突破，其中有3個核心技術都依賴于我們的GNC系統。而為了這個系統的研發，我們團隊奮鬥了十年。
這十年一路走來，正是“追逐夢想、勇于探索、協同攻堅、合作共赢”的探月精神，指引着我們創造了從“奔月”到“攬月”的跨越，也必将在深空領域引領着一代代航天人開辟嶄新未來。
––鄭永潔
鄭永潔 探月工程GNC系統副主任設計師什麼是GNC？
大家好！我是鄭永潔，來自航天五院502所，是嫦娥五号GNC分系統副主任設計師。我今天演講的題目是“以夢為馬，不負韶華；弘揚探月精神，追逐深空夢想”。這份報紙相信很多人都已經看過了，報紙的背景是2005年，國際上興起了21世紀第一次月球探測熱潮。各航天強國、大國，紛紛公開了自己的月球探測計劃。
如，日本計劃在2025年建立月球基地，美國計劃在2015年重返月球。當然這裡面也包括我們國家提出的，要在2020年前後實現月球無人采樣返回的 “繞、落、回”三步計劃。
那麼嫦娥五号任務為什麼能得到大家的關注？它的任務究竟有多複雜？我們可以一起來看一下，這張嫦娥五号的飛行剖面簡圖。 自長征五号運載火箭，将探測器送入地月轉移軌道開始，長征五号需要完成近月制動、月面着陸、月表采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接，以及近第二宇宙速度再入返回 等一系列環節。 這些環節環環相扣，就像一場刀尖上的舞蹈，任何一個環節出現失誤則整個任務失敗，可謂中國航天的一場大戲。
嫦娥五号任務有5個首次。分别是首次月表采樣封裝；首次月面起飛；首次月球軌道交會對接；首次攜帶月壤，并以近第二宇宙速度再入返回地球；以及首次建立月壤的存儲與科研系統。 在這5個首次中，有4個都由探測器系統負責，而這其中 3個都是以GNC為核心。 也就是我們團隊為之奮鬥了十年的GNC系統。 GNC，是英文字母guidance navigation control的縮寫，就是制導導航與控制，也就是 控制航天器飛行的控制系統。 嫦娥五号探測器就是在GNC分系統的控制下，飛向月球、環繞月球、月面着陸、起飛交會對接以及最後的返回地球。
可以說一般的衛星設計重在服務載荷， 而嫦娥五号玩的就是GNC。 我所參與的，便是近第二宇宙速度再入返回GNC系統和月球軌道無人交會對接GNC系統的研制。 近第二宇宙速度再入返回，其實是探月三期項目的第一個關鍵技術。這是個什麼概念呢？當返回器攜帶月壤奔向地球的時候，它的速度已經接近了第二宇宙速度， 11km/s，相當于35倍的音速。 而由于地月關系以及我國土位置的限制，我國的月球返回器必須要飛行6000多公裡的航程，才能到達内蒙古預定着陸區。這期間，返回器需要經曆40多分鐘的自主飛行，而落點精度必須控制在30公裡範圍内。相比之下，美國的深空返回器則可以在太平洋上的任何地方着陸，美國海軍都可以回收。
那麼為了減速，也為了降低過載峰值、熱流密度，以及克服各種美蘇沒有的約束條件，我們不得不采用 “打水漂”式二次再入 的方式——也就是初次進入大氣層，然後借助大氣升力重新運出大氣層，自由飛行一段時間後再次進入大氣層。 可以想象，在初次進入大氣層後，如果控制稍有偏差，那麼返回器極有可能越出大氣後再也無法回到地球；又或者直接紮向地面、落在異國他鄉，甚至解體。曆史上，隻有 前蘇聯 完成過跳躍式二次再入飛行。号稱集成世界最頂級技術的美國獵戶座飛船，至今尚未開展過二次再入飛行實驗。 為了完成這個任務，我們攻克了 自适應預測校正GNC技術。 在研制過程中，我們進行了百萬次的模拟飛行實驗，确保“太空水漂”的全過程狀态可控，并擁有最佳的飛行路徑。 與此同時，國家批複了返回飛行試驗任務，于2014年發射并成功返回。 專門開展一次發射任務來驗證一項關鍵技術，這在中國航天史上也是史無前例的， 從這兒也可以看出返回再入技術的難度。
2020年的12月16号，距離2014年的再入返回試驗已經過去了6年，這一天，我們再次返回并攜帶月壤。當晚22時，當經過巡遊叠代得到的最後一組制導參數注入後，我們一起屏住呼吸，期待着夢想的實現。
在一雙雙關切的眼神中，返回器像6年前一樣，穩穩地劃過一條美麗的曲線，飛越印度洋，飛向國土上空，直奔四子王旗預定着陸區中央，最終創造了 遙遙領先的世界最高落點精度。
人類首次月球軌道無人交會對接
如果說近第二宇宙速度再入返回，我們已經有過了飛行驗證； 那麼月球軌道交會對接，則是首次開展。按照任務流程，當上升器完成月面起飛，進入環月軌道後，燃料已經所剩無幾，需要由軌返組合體接近上升器，與之形成對接組合體，為月壤轉移創造條件。
美國曾在阿波羅任務中進行過月球軌道交會對接，不過它是由航天員手控完成的。 而嫦娥五号将要實施的，則是人類首次月球軌道無人交會對接。
2020年12月6日的淩晨2點，我最緊張、最激動的時刻來了。因為嫦娥五号上升器和返回器的這一次“牽手”，是已知世界上最難的一次空間交會對接，将要開啟的是人類環月軌道無人自主交會對接的新紀元。
這是從軌道器監視相機看上升器的樣子。
在任務實施前，我胸有成竹，因為這是我自己完成的系統，我非常有信心，不可能有問題。可是就在轉入自主的那一刻，我卻一下子不自信了，我身旁的王勇副總師也發出了感歎“壓力驟然增大”。
“不要怕，做過全物理試驗的” 當時的我是在心裡默念這句話，可是嘴巴上不自覺卻把這句話說了出來。王勇副總師給我投來了一個微笑。我那一時刻其實特别能理解他們的心情，我知道他們跟我一樣地緊張，又一樣地在理性地說服自己。 這便是我所說的全物理試驗，也就是研制過程中的交會對接與樣品轉移全物理試驗。
在全世界最平的氣浮平台上，我們經曆了不計其數的失敗和自我否定。那些嚴苛、再嚴苛一點的推演讨論場景，一幕幕地浮現在我的眼前。
我記得2015年6月25号的時候，那一天我們完成了最後一組極端拉片工況下的試驗數據的分析，所有指标均滿足預期。我們大家擁抱在一起，喜極而泣，因為我們知道，攻關其實在這個時候已經有了結論了，在這個試驗中能對上，上天一定沒有問題。
時間一分一秒地走過，3小時很快就過去了，來到了最後逼近段。這次月球軌道交會對接的精度需求，即使算上地球軌道的同類任務，也是精度要求最高的一次。看着監視相機裡越來越大的上升器，每一次噴氣控制引起的姿态晃動，緊張到喉嚨的心都會被牽扯着跟着震動起來。
“5米，3米，1米……0.9，0.6”我已經完全聽不清周圍的任何聲音，就好像進入了夢境一樣。以往試驗裡總覺得慢吞吞的最後靠攏過程，在那個時候一下變得如此地迅速，根本來不及檢查遙測參數，也來不及做出任何的反應，就已經達到對接初始條件。直到歡呼聲傳過來，我才驟然從懵懂中醒過來： 對接成功了。
2020年12月17日淩晨2點，返回器安全落地，屏幕上傳來了地面工作人員搜尋返回器的畫面。堅守了十年的任務終于成功了，大家都興奮極了，熱烈地擁抱在一起，合影拍照，一片歡騰。 消息傳開以後，有網友找出了剛才那張報紙，評論道：“全世界都在吹牛，怎麼中國就當真了？”是的，我們在15年前種下種子，默默耕耘，如今終得繁華。航天人，幸不辱命！
在這十年間，我們彙集了全國衆多的科研院所、大型國企，涉及到的單位仍不計其數，堪比一場戰争。作為總體單位，我們在研制過程中，無論缺什麼材料，哪家單位實力最強，我們都直接對接合作，所有參與單位全部大力協同，毫不計較。
如今，中國的探月三期工程已經如期實現，發展的曲線已在悄然生長。以嫦娥五号任務圓滿成功為起點，探月工程四期、載人登月工程、行星探測工程也都相繼展開。 偉大的事業産生偉大的精神。回過頭看，那些我們最初的信念，頑強的拼搏，制勝的法寶，璀璨的成績，正是我們 “追逐夢想、勇于探索、協同攻堅、合作共赢”的探月精神。
一路走來，它不僅指引着航天工作者們創造了從“奔月”到“攬月”的跨越，也必将在深空探測領域引領一代代航天人不斷開辟嶄新未來。 謝謝大家！
（本文未經造就授權，禁止轉載。）
編輯 | 餘冰妤 版面 | 魏婉瑩 視頻 | 唐盼盼
你可能想看：
最新文章
-
“豫西中醫界之泰鬥喬保均”治療疑難病60年經驗賞析
2小時前 -
回憶、健忘和灑脫
2小時前 -
弘一法師：“真的不忍心告訴你，這個世界隻是一個夢。你一輩子執
2小時前 -
心理學，準的讓你驚叫
2小時前 -
人生，成大器者有四識，知識、見識、膽識、遠識
2小時前 -
俞和：被遺忘的書法家，以古為師，創新在手！
3小時前 -
2024屆新高考II卷語文真題答案及解析
3小時前 -
生前隻是小人物，死後震驚史學界
3小時前
熱門文章
-
每日一誦傷寒論第241條
1周前 -
老張老李侃門球之140篇
1天前 -
這個穴位可以治療多種胃痛腹痛，還可以減肥
5天前 -
為什麼五點鐘要起床答案讓人吃驚！（現在知道還不晚）
1周前 -
治療坐骨神經痛藥酒５方
1周前 -
美麗中國-2870：中國最大的内陸河，塔裡木河
1天前 -
二十四山開門放水作竈真訣開門放水作竈直訣——子山
1天前 -
門球技巧 隻需五個字讓你打好門球
1天前
有話要說...