孙泽洲：探测月球火星，他的诗和远方 | 我和我的祖国70年70人

◆孙泽洲和“嫦娥三号”探测器。

◆孙泽洲寄语：“嫦娥落月玉兔行火星探测绕着巡”。（除注明外，均受访者供图）

“谁发现了月亮？”即使是最爱刨根问底的《十万个为什么》里，也没有这个“荒唐”的问题。月球和地球已经相伴了45亿年之久，最初“举头望明月”者，也许是250万年-300万年前刚刚开始直立行走的原始人类吧。

也许这意味着，人类从看到月球到踏上月球，花了250万年-300万年。1969年7月，“阿波罗11号”实现人类首次登月。当时，中国“两弹一星”科学家们还在极为艰难的条件下为我国第一颗人造卫星上天而奋斗。

从第一颗人造卫星升空以来，中国人终于搭起飞向太空的天梯：神舟飞天、北斗组网，天宫遨游、嫦娥探月……

2013年12月14日21时11分，随着“嫦娥三号”在月球实现软着陆，鲜艳的五星红旗第一次登上月面。“嫦娥奔月”，这中华民族流传千年的美丽神话终成现实。

今年1月3日，“嫦娥四号”又开创了人类航天器首次登陆月球背面的纪录。

◆着陆器着陆了。

“嫦娥四号着陆器和‘玉兔二号’巡视器根据科学探测需求，已成功完成第七个月昼的工作，分别于7月9日9时和9时10分，完成月夜设置，进入‘梦乡’。‘玉兔二号’已超过了它的设计寿命，正期待着被第八个月昼期的温暖阳光唤醒。”在北京航天城的航天科技集团五院总体部，嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲告诉记者。

嫦一：真觉得月球非常远

即使在接到南京航空航天大学的录取通知书时，孙泽洲也没有想到自己会一辈子干航天。1988年，他报考南航时，就想着学成之后，能子承父业回沈阳进沈飞集团。从小在沈飞集团家属大院里长大，从父辈的日常言谈中，他多多少少了解到中国航空工业的短板和痛楚，以及父辈们的拼搏和宏愿。期盼在南航学成后进沈飞的研究所，制造出中国新一代的战机，这是他和在沈飞干了一辈子工艺设计的父亲共同的人生愿景。

同样是国内知名的航空航天大学，为什么选南航而不选离沈阳更近的北航呢？“北航的录取分数更高一些，第一志愿就填了南航。”快人快语的孙泽洲回忆道。

也许，这说明孙泽洲很适合干航天这样高风险的行业：诸多选项中，高可靠性才是最重要的。

“读南航时，我一个月的生活费才50元。”虽然并不承认自己当年有多“学霸”，但好在他几乎每年都能拿到一等奖学金。更重要的是，南航还培养和锻炼了他的组织能力，他是班长兼系团总支副书记。这段经历对他后来成长为必须协调方方面面的总设计师来说非常重要。“其实，我读大学时只有一个小目标，就是尽可能把眼前的每一件事情做好。”

1992年夏，南航毕业的他却走进了航天科技集团五院的大门，先后参与了资源一号、资源二号卫星和实践五号卫星的总体工作。2000年，而立之年的他就被任命为中巴资源一号02星的总体副主任设计师。次年，加入嫦娥一号研发团队。

“嫦娥一号是我国航天迈出深空探测的第一步，面对很多挑战。它的主要任务是对月环绕探测，用得上我学的专业。之前，我国发射的各种卫星主要在近地轨道运行，高度大约在1000公里以下。即使有3.6万公里的地球静止轨道卫星，也是定点在赤道上空的，地面站的天线不用整天转着跟踪。当时，我国地面测控站的天线直径是10-12米的，而深空探测的天线直径至少要30米以上。”孙泽洲告诉记者，“地月之间的平均距离是38万公里，月球的远地点甚至达到42万公里。从38万公里外发回的无线电信号强度，仅为从380公里近地轨道发回信号强度的百万分之一。我们当时真觉得地月间非常遥远，瓶颈是我国当时还没有建成大口径的深空测控网，因此亟需破解地月通信这一难题。”

天线的直径有多重要？孙泽洲为记者科普：“简单来说，天线的直径每增加2倍，通信能力就增加4倍，两者是平方关系。”

◆月球

但建设地面站周期较长，孙泽洲带领团队从提高星载测控系统能力这一端开始攻关。“科学发现是个不断试错的过程，试错的终结者是终于试对了。”他说，“但这个终结者经常姗姗来迟，可航天事业不会允许你长时间地试错。所以我们必须想尽一切办法尽快试对。”

2004年，嫦娥一号正式立项，孙泽洲被探月工程卫星系统总指挥、总设计师叶培健院士选为副总设计师，协助其分管测控与数传、天线、机构与结构、热控、供配电等6个分系统的总体技术管理工作。

◆嫦娥一号卫星试验任务期间，孙泽洲（右三）与研制团队合影，站在他左边的是叶培建院士。

“当时我们这个团队都是30岁多一点的年轻人。”孙泽洲说，“叶总对我们年轻人很信任，但同时要求又非常严格。他的特点是既能把握大局，又注重细节。我们航天历来强调作风严、慎、细、实，那时有本书叫《细节决定成败》，叶院士专门买来送给我们，人手一册。他最经典的话就是：‘对问题就是要捕风捉影’‘把问题彻底搞明白了，工作才会不留遗憾’叶院士的言传身教对我影响非常大，他就是我‘怎么做一个总师’的榜样。”

孙泽洲率领他的研发团队，夙兴夜寐，殚精竭虑，终于发现通过对星载测控系统有效的分路合路，以及天线的异频空间组阵，可以有效提高星载测控数传的能力，从而破解了在没有深空测控网支持下的地月远距离通信的难题。

嫦一遇到的另一个拦路虎就是“月食阴影”。设计初期主要考虑了月球阴影的影响，只有45分钟。进入初样研制阶段，认识到长期环月飞行期间月食阴影的不利影响，这个阴影的时间可能是5-6小时。

月食阴影何以这么长？因为地球的影子远大于月球的影子。“阴影期过长，太阳能帆板长时间不能供电，对嫦一的设备温度维持能力、蓄电池组蓄电能力等带来严峻考验。”孙泽洲说。

“通过集思广益，我们确定了星上设备‘开源节流’和卫星‘轨道调相’等措施，调整特定时刻卫星在轨道上的位置，有效缩短了卫星在阴影区滞留的时间。”孙泽洲说，“嫦一圆满完成了月球探测的任务。”

嫦三：挑战多个世界第一

“我当嫦娥一号副总师的时候，总觉得叶院士是我们的主心骨。遇到困难，有叶院士在，我和团队就不会慌。”孙泽洲告诉记者，“2008年，我被任命为嫦娥三号总设计师后，肩上的压力陡然增大了，因为团队把我当作‘主心骨’了。”

嫦三承担着探月工程第二阶段“落”的使命，主要任务是实现月面软着陆和巡视勘察。它不仅有着陆器，还有巡视器“玉兔”，等于从地球出发时是一颗航天器，抵达月球后要变成两颗航天器，推进系统、控制系统、移动系统……几乎都是从零开始设计、研制、试验、验证。通常一颗新的卫星包含的新技术、新产品，大约20%-30%，而嫦三的新技术、新产品占到了80%左右。

◆孙泽洲（右）与嫦三探测器总指挥张廷新（中），嫦三探测器试验队临时党委副书记刘燕宁合影。

五院总体部空间科学与探测总体室嫦娥四号总体副主任设计师温博回忆说，她自2007年进五院工作就加入了嫦三研发团队。那时，因为条件有限，嫦三研发团队在航天城的一间地下室“集同工作”。“集同工作”是航天特有的一种工作方式，就是不同专业、领域的团队在一起脑力激荡。连续好几个月，孙总和团队天天在地下室里，从8点一直讨论到22点。每次会议开始时，他不多说话，倾听各方面的意见，然后集思广益，把住关键点，提炼出一个个思路，给人“拨云见日”的感觉。

2013年12月2日，嫦三用长三乙发射成功。25分钟后就进入地月转移轨道，5天后抵达环月轨道。12月14日，在预定的距离月面15公里高度的轨道上，启动了我航天器上使用的最大的7500N变推力发动机，开始软着陆。

软着陆历来被视为落月过程中风险最大的环节，有“黑色的720秒”之称。“嫦三选择了月面地势较为平缓的虹湾着陆，着陆时您还担心吗？”记者问孙泽洲。

“虽然嫦三所有的系统在地面都反复进行了试验，我们的团队对我们的产品是有信心的，但毕竟之前人类对月面观测的精度是有限的。嫦三下降时，我主要担心月面地形是否安全。”

月球没有大气层，所以嫦三不能使用降落伞减速，只能通过变推力发动机反喷减速。“由于月球表面凹凸不平，为避开大石块和大坑，下降过程中探测器会自主进行粗避障，然后下降至距月面约100米时，嫦三像直升机一样悬停，通过敏感器实现精避障，这都是世界首次。”孙泽洲说，“虹湾虽然平缓，仍有不少大坑和石块。巡视器‘月兔’虽然具有爬坡20度和越障高度0.2米的能力，但我们的着陆器目前只能从一个方向释放‘月兔’。如果巡视器的释放方向正好有一个大坑或一块大石头怎么办？所以着陆过程的避障极为关键。”

“嫦三为何不采用气囊式软着陆？”

“这主要是因为嫦三的质量较大，着陆质量超过了1吨，比较下来还是采用了悬臂梁式的4条着陆腿设计。”他说，“每条腿上有2根拉杆缓冲器和一个脸盆一样大的‘大脚掌’，将最后2米自由落体过程中产生的冲击能量全部吸收。这一研制过程非常坎坷，曾经多次断裂，直到最后才成功。”

为破解软着陆和月面探测难题，孙泽洲率领团队建立了可模拟仅为地球重力六分之一的月球重力环境和月表地形地貌的大型试验场，甚至用火山灰等来仿真月面，还进行了上万次数学仿真和成百上千次的桌面联试，终于为嫦三成功奠定了扎实的基础。

嫦三着陆器设计寿命为一年，但至今仍在超期服役，它和嫦四遥相呼应，成为在月面工作时间最长的探测器。

嫦四+鹊桥：踏上人从未去过的月背

“嫦三已经很成功了，原来作为备用星的嫦娥四号怎么办？如果因为挑战一个更困难的任务，它万一失败了，社会舆论会不会觉得嫦三的成功也只是一种偶然？如果都这么去想，那就没有登陆月球背面的嫦四了！”孙泽洲对记者说，“在嫦四的使命选择上，叶培建院士发挥了重要作用，体现了航天人以国家利益为重的胸怀和以科学探索为重的境界。”

2016年1月，国防科工局正式宣布，嫦娥四号将于2018年年底发射，着陆器和巡视器将首次登陆人类从未留下足迹的月球背面。

◆着陆器降落月面

五院总体部电子信息部嫦娥四号主任设计师刘适告诉记者，从嫦二开始，我国建设深空探测网，分别在佳木斯和喀什建了直径66米和35米的天线，但嫦四选择了永远背对地球的月背着陆，因此仍必须建立新的通信架构，就是在地月之外再定轨一颗通信中继卫星“鹊桥”，孙总为这个新的通信架构的建立，作出了重大贡献。

之前，记者还以为“鹊桥”既然是中继星，也许就在月球边上绕飞，谁知刘适说：“‘鹊桥’绕月飞行的Halo轨道，近月点4.7万公里，远月点8万公里。它携带直径4.2米伞状天线，既要对准月背嫦四着陆器和‘月兔二号’，又要将信号传输回最远48万公里的地球，难度非常高。”

◆2019月球和深空探测国际学术研讨会上，嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲作大会报告。视觉中国

原来，“鹊桥”至月背的距离，竟然比3.6万公里的地球静止轨道离地球还要远。那为何要选择这个轨道呢？

孙泽洲告诉记者：“要实现月背与地球的中继通信，这个中继星的轨道有两种选择，一种是环月轨道，它的优点是离月球距离近，为100-200公里，但缺点是它不能始终对着月背，从无线信号的传输来说，它的中继实时性不佳；而另一种就是我们最终选定的L2点，它的优点是始终对着月背，能满足中继通信必须始终保持实时性的要求，但缺点是距离月背太远，需要解决远距离中继通信的难题。”

这就不难理解为什么“鹊桥”的研制难度这么大。刘适回忆说：“为了解决中继星的一个又一个难题，我们团队经常加班。试验经常做到凌晨二三点了，早晨8点钟又开始第二波试验。”

总体部质量处“嫦四”项目办产保助理付春玲说：“产品保证工作遇到新问题时，孙总总是特别叮嘱我查清标准，以体现‘按规定工作、按标准办事’。每次质量评审会，等专家和领导走了之后，他会把相关的团队留下来，逐条落实专家的意见，凡有疑点的地方彻底解决，实现问题的闭环。”

去年5月21日，一枚长四丙将“鹊桥”送上太空。

7个月后的12月8日，嫦四搭乘长三乙火箭升空。

“在月背软着陆的风险，与月面有什么不同？”

“嫦三着落区的地形起伏仅800米，而嫦四着落区选择的月背南极-艾肯特盆地地形起伏高达6000米，因此它必须落得准、落得稳。”孙泽洲说。

◆着陆器下降过程

今年1月3日10时许，嫦四在距月面15公里的轨道上自北向南飞向艾肯特盆地，10多分钟里将运行速度从每秒1.7公里降到0，然后开始动力下降。在距月面100米处，嫦四开始悬停，对下方的障碍物和坡度进行识别，自主避障，向西南方向移动了8米，然后开始缓速垂直下降。10时26分，一吨多重的嫦四探测器成功着陆在艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区（月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近）。选择此处是缘于该撞击坑的物质成分和地质年代具有代表性，对研究月球和太阳系的早期历史具有重要价值。

◆嫦娥四号：冯卡门撞击坑

在地面指挥中心控制下，通过“鹊桥”搭建的中继通信链路，嫦四探测器展开太阳翼和定向天线，建立了定向天线高码速率链路。11时40分，着陆器获取了世界第一张近距离拍摄的月背影像图并传回地面。

当日22时22分，“月兔二号”巡视器完成与着陆器的分离，驶抵月球表面。

◆玉兔二

1月11日，在“鹊桥”支持下，嫦四着陆器与“玉兔二号”顺利完成互拍，图像清晰完好，中外科学载荷工作正常，探测数据有效下传，搭载的各项科学实验项目顺利开展。

“嫦三的‘月兔’在第2个月昼期间于行进中‘受伤’，可能是被石块磕碰，机构控制不能正常进行。针对这一问题，我们对嫦四的‘玉兔二号’进行改进升级，重新进行了布线，以免月面石块触碰。”孙泽洲告诉记者，“在系统的设计上，我们重视了对故障的有效隔离，现在做到了即使2个轮子受损，它依然能运行。”

截至记者发稿时，休眠中的嫦四着陆器和“玉兔二号”正在等待第八个月昼期，以继续开展科学“测月”探测。据悉，嫦四工程地面应用系统已向科学研究核心团队发布第六批科学探测数据，总数据量为1.2G，共计531个数据文件。

（特别鸣谢中国航天科技集团闫宁、赵之辉、庞丹对本次采访报道的大力支持）

【人物档案】

孙泽洲，1970年出生于辽宁沈阳，在沈飞集团的大院氛围中长大。1992年毕业于南京航空航天大学电子工程专业，进入中国航天科技集团五院总体部工作。2001年开始参与“嫦娥”的前期论证，负责星载测控论证工作。2004年，年仅34岁的他被任命为嫦娥一号卫星副总设计师。2008年，担任嫦娥三号探测器总设计师，现为嫦娥四号探测器总设计师和火星探测器总设计师。

他为我国深空探测领域的发展作出了突出贡献。曾获国家科学技术进步奖特等奖1项、一等奖1项、创新团队奖1项、国防科技特等奖等省部级科技奖励5项，以及全国五一劳动奖章。

记者手记

火星探测，必须的挑战

叶培建院士曾说，如果把从地球到月球的距离，比作从天安门广场到王府井，那从地球到火星的距离，就相当于从天安门广场到上海的外滩。

这4亿公里的远征，是壮怀激烈的深空之旅。

“中国的火星探测任务要一次实现‘绕、着、巡’目标，这在世界上从来没有哪个国家是一次同时实现的，任务难度非常大。”身为火星探测器总设计师的孙泽洲深感责任重大。

自上世纪60年代以来，人类共实施了42次火星探测任务，成功率仅为52%。“我们的火星任务最难的地方，就是探测器进入火星大气后利用气动外形减速和降落伞减速的过程。”他说，“火星有大气，我们必须加以利用，但它又与地球不同，火星的大气密度仅为地球的百分之一左右。火星探测器着陆的时间更短，只有7-8分钟。而火星离太阳更远，火星的太阳光照强度只有地球轨道的40%。虽然火星的天空没有云彩，但同样会衰减阳光的强度，更重要的是，火星上还有沙尘暴，沙尘一旦落在太阳帆板上还会影响太阳帆板能力的40%-60%，这些都是我们必须面对和解决的巨大挑战。”

按我国深空探测计划，火星探测器将于明年发射，飞行7个月后，于2021年抵达火星。“所以我们现在的工作特别紧张，好在我爱人同在航天系统，她比较能理解我们航天人。”孙泽洲宽慰地笑了，“我平时每天很晚回家，家里人都睡了，但是我家门厅里的那盏灯总是亮着，让我觉得很温暖。”

作者：郑蔚

编辑：陈晨

责任编辑：叶志明

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