嫦娥奔月位置如圖（小曲線解鎖嫦娥落月）

2023-05-23 02:44:40

在空間核電源實驗室，陳熙萌（左二）、邵劍雄（右一）正在指導研究工作。

回想2013年「嫦娥三號」首次成功軟著陸的時候，陳熙萌全程盯著直播畫面，緩緩吐出一口氣：「這事終於成了。」2020年，「『嫦娥五號』快要在月面著陸時，我一直密切關注著動態，不知怎麼就紅了眼眶，情緒難以平靜，持續了很久。」邵劍雄扶額停頓了一下說。

2020年12月1日，中國「嫦娥五號」探測器在月球成功軟著陸，並於12月17日安全返航，成功完成了我國首次地外天體著陸並採樣返回任務。這背後凝聚著一群蘭大人的智慧。

蘭州大學核科學與技術學院教授陳熙萌和邵劍雄科研團隊與航天院所有關單位合作，承擔了「嫦娥五號」軟著陸關鍵裝置——伽馬關機敏感器近月面精確測高曲線以及月球著陸環境影響的研究工作，成果應用於「嫦娥五號」首次月面軟著陸並返回任務。

當難題遇到勇氣

在整個大工程中，他們雖然做的是「小事」，但在「月面軟著陸」這件事上，卻持續起到了關鍵的作用。

在「嫦娥五號」落月最後階段，「精確」測定嫦娥著陸器距離月面高度，確保反推發動機在合適高度處關機，成為「嫦娥五號」把握時機、踩準「剎車」的關鍵一環，關係到整個任務的成敗。在月球複雜環境和動態著陸下，能夠在極低空「精確可靠」地測定高度很有難度。「嫦娥三號」任務之前，在月球上人們沒這樣幹過，當時航天院所一直在尋找解決方案。

接到航天院所邀約電話的時候，陳熙萌正在外地開會。他明白這個課題很有挑戰性，便趕回學校和邵劍雄商量。「敢不敢接？」他平靜地問。「硬著頭皮也要上！」邵劍雄回答。

他們認為，這不僅僅是一個國家戰略需求，還是將所學真正用上並為國家做實際貢獻的難得機會。此外，航天是一個重要領域，打開這扇門後，有廣闊的應用前景。

「嫦娥五號」的任務比「嫦娥四號」更加複雜，要完成著陸、採樣、上升、返回任務，其中一個難題是在極端和複雜月面環境下，排除幹擾、精確測高，確保「嫦娥五號」穩定工作。而月面軟著陸環境複雜，在極低空處其他測距方式不適用或者精度不夠。他們選擇了伽馬射線這種穿透力強的高能光子，通過系統性研究及試驗驗證，保證了精確測高。

根據伽馬射線的康普頓散射等效應，發射器發射伽馬射線，接收器接收從月球環境中散射回的伽馬光子，接收到的光子數目和高度存在著對應關係。然而，這個對應關係，即月面測高曲線是未知的，之前無人測算，更不用說精度問題了。陳熙萌、邵劍雄團隊通過大量科學的理論分析、工程化計算，並結合系統性的試驗驗證，與航天院所同志們共同確定了這條測高曲線，以確保「嫦娥五號」這一更為複雜的體系軟著陸成功。

「伽馬射線的放射源只有小拇指蓋大小，對應著一個圓錐形照射面。」邵劍雄比了比小拇指。在「嫦娥三號」任務中，團隊發現有一著陸腿在放射源的照射範圍之內，提出調整著陸腿角度的建議。這是「牽一髮而動全身」的工程問題，必須經過充分嚴謹的工程計算驗證。團隊用精確詳實的研究結果，證明了調整著陸腿角度的必要性。

走在前頭的考慮

在「嫦娥三號」任務時，航天院所有關單位提出建立一個「大型月面軟著陸環境模擬裝置」。考慮到時間緊、任務重、責任重大，對是否建這個「大真空罐」是有爭議的。

在這之前，陳熙萌、邵劍雄團隊進行了「大真空罐」的物理分析及設計，通過系統計算及周密論證，用詳實的數據為最終建立起這個「大真空罐」奠定了堅實基礎。「現在看來，這個裝置是建對了，嫦娥任務、火星任務模擬試驗，包括未來月球探測、深空探測模擬試驗都可能在這個裝置中進行。」邵劍雄說。

獲知這一信息，在「嫦娥三號」任務時，航天院所有關單位就找到他們。十多年來，他們合作的成果被「嫦娥三號」「嫦娥四號」「嫦娥五號」連續應用。其中，五號裝置對之前三號和四號裝置進行了優化，提高了精度和可靠性，確保了此次任務的完成。

出色完成「嫦娥三號」任務後，陳熙萌、邵劍雄團隊接到航天院所另一個具有戰略意義的合作邀請——共同研發深空探測用的空間核電源系統，解決我國空間核動力能源供給終極問題。經過航天型號任務總指揮、總師等鑑定，團隊研發產品的核心指標在國內領先，下一步將穩步推進工程化。

在參與探月工程和空間核電源項目中，壓力和緊張是不可避免的。談到解壓方式，邵劍雄說：「陳老師喜歡打羽毛球，揮臂運動有諸多好處，也喜歡和我一起聊聊天；我喜歡一個人靜靜地待著，就像烏龜，每天爬一點點。」

關於科研工作，邵劍雄透露了他的「法寶」。「心態平和、放鬆地去工作，不計較一城一池之得失。因為喜歡，我可以盡情投入，享受生活和工作、挑戰與失敗，敢想敢做，樂在其中。」

打磨「小將軍」

陳熙萌、邵劍雄的團隊共由10多位教授、副教授、講師、工程師，以及40餘名研究生組成，是集物理分析、仿真建模、產品設計、系統研製、試驗驗證等科研和工程於一體化的團隊。

「理工結合更能開拓學生的思路，讓學生理解『原理』和『產品』之間的巨大差異。把活兒做在實處，在實處把活兒做細。」邵劍雄說。

「陳老師和我對核心工程負責，項目團隊成員分工協作，講究系統作戰、團隊作戰能力，不能單打獨鬥。」邵劍雄說，要整體推動一個工程團隊的前進，講究進度、質量、系統性的任務分解，一級抓一級，非扁平化管理。「我們對測高裝置和探測器進行綜合優化設計，還要把整個進度、團隊安排好、對接好、推進好。時間極其緊，『嫦娥三號』做了三四年，因為技術越來越成熟，後續所用時間才更短。」

蘭州大學粒子物理與原子核物理碩士研究生楊智隨指著實驗室桌上的筆記本電腦說：「邵老師平時就在這兒辦公。有好幾次他和我們一起熬夜趕報告到凌晨四五點，白天又繼續陪學生一起做實驗。」

邵劍雄為了趕一個實驗，曾四五天連軸轉，趕去北京和航天院所的相關負責人參加項目推進會。他在臺下睡著了，大家知道他累沒叫醒他。「會議結束了我還沒醒，被叫醒時都不知道身在何處。覺得很丟臉，至今都過意不去。」邵劍雄回憶道。

從「嫦娥三號」到「嫦娥五號」，項目組每兩周進行一次工程推進會，匯報的報告數千頁，每份報告動輒幾百頁。項目分系統總師曾評價，「陳熙萌、邵劍雄團隊是與我們合作多年來我們最滿意的團隊」。

實際上，這個項目也是「新工科」建設在核學這個點上的一個經典案例。陳熙萌、邵劍雄的學生中，韓承志從「嫦娥三號」任務時就跟著項目組做部分仿真分析工作，如今已到航天院所工作；楊愛香、劉文彪和邱璽玉等為項目組編制了國產化的仿真軟體系統和平臺，「團隊後續的仿真工作都是在這個平臺上進行的」。

「要在艱苦實戰中磨練學生解決問題的能力，讓他們在實驗中迅速找準問題，還要有快速溝通合作能力、抗壓能力，進入工作崗位才能很快上手。」邵劍雄說，「我從不盯著學生在實驗室做什麼，有沒有看論文、做實驗。他們應該在真實環境中歷練，在幹擾環境中培養自我管理的能力。我們要培養的是自主自立的強大『戰士』，每一名學生組長都是能獨立帶團隊的『小將軍』。」

楊智隨剛來時很內斂，邵劍雄就讓他帶10個人完成樣機搭建測試等任務。現在，楊智隨已經蛻變成有領導力、放得開的人。

傳承的品質還不止這些。

在邵劍雄的印象中，自己的導師陳熙萌是一個遇事特別冷靜的人，「在我的學習生活中，不論遇到什麼問題、不論成與敗，陳老師都慢條斯理、耐心細緻地引導我」。

邵劍雄認為，自己冷靜就是對學生最大的鼓勵。無獨有偶，楊智隨也是這麼描述他的。「邵老師很耐心、細緻，讓人覺得親近。他總說希望我們像衝鋒陷陣的戰士，不要怕失敗，勇敢去嘗試、冷靜去思考。」

（記者 溫才妃 通訊員 許文豔 陳浩、王瑛對本文亦有貢獻）

來源： 《中國科學報》