“嫦娥一號”完美謝幕的幕後故事
編者按
當前，上海正處在改革發展和應對國際金融危機的關鍵時期，能不能率先提高自主創新能力，是決定上海未來發展生死攸關的大問題。為了這擲地有聲的“自主創新”四個字，申城廣大科技人員默默耕耘，他們中的佼佼者因為貢獻突出而在國家和本市的科技獎勵大會上受到表彰。獲獎的科技成果是提高自主創新能力的集中體現，在很大程度上反映了一國或一地的綜合競爭力。它們或者深化了人類對大自然未知領域的認識，或者服務國家戰略有重大技術突破，或者通過新技術、新工藝等的發明，推進了相關技術或産業的發展。上海的發展離不開自主創新、新一輪的經濟繁榮離不開自主創新。聚焦一批獲獎科技成果，本報（文匯報）從今天起推出“自主創新：申城在行動”專欄，力圖使讀者更多地了解這些“行動”所蘊含的不畏艱辛的探索精神、求真務實的科學態度，以及它們對推動經濟社會發展的重大意義，敬請關注。
2007年10月24日18時05分，搭載著我國首顆探月衛星嫦娥一號的長征三號甲運載火箭在西昌衛星發射中心三號塔架點火發射。 新華社記者 王建民 攝
2009年03月01日16時13分10秒,中國嫦娥一號衛星成功撞月
當“嫦娥一號”衝向月面，完成“很美很壯烈”的最後一撞時，它並不知道，它身上搭載的由中科院上海技術物理研究所和上海光學精密機械研究所研製的鐳射高度計，剛獲得了“上海市科技進步一等獎”；它也不知道，正默默為它測最後一次軌的中科院上海天文臺VLBI系統，得到了同樣的榮譽。當“嫦娥一號”以完美一撞謝幕之際，這兩支曾為造就它嘔心瀝血的科研團隊，又投入了新的衝刺。
挑戰：“第一次”必須成功
把鐳射器送上天，在“嫦娥一號”之前，中國人還沒嘗試過；把觀測遙遠天體的VLBI（甚長基線干涉系統）用於月球衛星實時定軌，在“嫦娥一號”之前，地球人都還沒嘗試過。這“天下之先”，因著“探月工程”，我們不僅嘗試了，還一次成功——當然，也必須一次成功。
時任中科院上海技術物理所所長、鐳射高度計項目負責人的王建宇説，那是集合了全國相關科研力量的一次攻關。由於技術的敏感性與特殊性，鐳射高度計的所有核心部件必須自主研發。中科院上海光機所在製造鐳射器方面，有著獨特優勢，但他們的鐳射器從未上過天。“器件必須要能適應太空環境，必須耐得住劇烈的溫度變化和宇宙射線的轟擊，還必須能在真空和失重狀態下保持良好性能。”王建宇説，“這就得對元部件一個一個地改造、測試，直到全部達標。”這談何容易！
VLBI原本用於觀測百萬光年外的遙遠天體，屬於天文學基礎研究的設備，可“探月”的國家需求促使它來了一次奇跡般的角色轉換。由於我國沒有深空探測站，如果僅用航太S波段測控系統，“嫦娥”奔月時橫向測量精度不夠，這樣“嫦娥”被月球捕獲時測軌的誤差會比較大。而我國從上世紀70年代開始建設的VLBI系統，恰恰是深空橫向定位的高手，其精度可達毫角秒級——月球表面一個2米長的物體，它一“眼”就能定出精確的位置。不過這套設備的穩定性、實時性，那時都還達不到要求：探月工程要求在10分鐘內算出軌道數據，並傳送到飛控中心，而當時我國的VLBI系統沒有數據處理能力，它用磁帶記錄下數據後，通常要過1個月左右才能把數據送到處理中心。要完成這全球“第一次”的角色轉換，談何容易！
磨礪：攻堅克難不捨晝夜
當“嫦娥一號”撞上月球那一刻，鐳射高度計並未開啟。“這可是我們的心血啊！”王建宇説起那一刻，很有點捨不得。為了將這個鐳射器送上天，中科院上海技術物理所、上海光機所、半導體研究所等多家科研機構精誠合作，日夜攻關，才交出了滿意的作品：鐳射靈敏度超過“月亮女神”所搭載的日本製造的鐳射高度計，而重量只有15公斤，比日本的整整輕了4公斤。
上天的器件，就怕能量大，而高度計的鐳射器暫態功率可達30兆瓦，在地面上也算大功率——能把幾米開外的鐵板打得直冒火花；可這麼大功率的鐳射“走”200公里（“嫦娥一號”在繞月軌道的高度），打在月球表面，返回的信號卻是微弱的，這一強一弱，包含了無數難題。還有，研究人員發現傳統大功率鐳射器在真空狀態下能量衰減很快，壽命離要求指標相差很多。此時，離交付産品的期限只剩下半年多一點的時間。通過多次試驗，為鐳射器重新設計“太空服”，終於成功地將它的壽命提高到1年以上，克服了“上天”瓶頸。
相比鐳射高度計的研製，VLBI系統要經歷更多的“從無到有”。“我們必須自主開發實時相關處理系統，當時全球只有五六個國家有這樣的能力，核心技術全部保密。”中科院上海天文臺研究員、探月工程VLBI分系統項目技術負責人張秀忠介紹，他們“兩條腿走路”，同時開發軟體和硬體實時相關處理系統。“軟體靈活但運算速度慢，硬體研發週期長但運算速度快。結果到驗收時，兩套系統都成功了。”2007年10月25日，VLBI系統開始為“嫦娥一號”測軌時，處理中心從接收數據到將結果報給飛控中心，只用了5分鐘！
驚喜：跨前一步天地更寬
連通北京、上海、昆明、烏魯木齊四地的射電望遠鏡，將VLBI數據實時傳回處理中心，滿足了探月工程的需要。同樣讓天文臺驚喜的是，這番技術推進，使我國的VLBI觀測技術走到了世界前沿。去年，在芝加哥召開的國際無線電聯盟大會上，我國學者關於VLBI用於深空導航的報告，引起了很大反響。今年10月，中俄將聯合發射火星探測器“螢火一號”，屆時我國VLBI系統也將為其導航。
“更讓我們驚喜的是，VLBI在探月工程中獲得的技術提升，為我們的基礎研究帶來了許多好處。”上海天文臺臺長洪曉瑜告訴記者，VLBI具有數據處理能力後，他們已可獨立做一些觀測，開展類星體緻密結構等前沿研究。“以前我們要把觀測到的數據拿去國外處理，獲得些二手資料。”他説，有種看法認為，基礎研究與工程應用往往相距較遠，但VLBI恰恰實現了工程應用與基礎研究的良性互動。
同樣，將鐳射器送上太空並順利完成一年工作任務後，空間鐳射應用的大門應聲而開。“其實，鐳射在空間的應用非常廣泛，比如空間鐳射通訊、空間鐳射探測都是很前沿的課題。”王建宇説，現在衛星通訊一般用無線電進行傳輸，但光比無線電的頻率高出很多，其承載的資訊量理論上是無線電的萬倍以上。（記者 許琦敏）
