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“航天人,我们把星空作为我们的探测点,所以我想讲的是‘星辰大海’的故事。” 站在西湖大学WeMeet的讲台上,中国航天科技集团八院科技委常委、天问一号探测器副总指挥、探月工程三期探测器系统副总指挥张玉花如是说。
载人航天、探月工程、火星探测,张玉花参与了中国航天的三大工程,并且作为上海航天首位女性总指挥,先后将“玉兔一号”(嫦娥三号月球车)、“玉兔二号”(嫦娥四号任务月球车)送上月球,被大家昵称为“玉兔妈妈”。人类对太空探索一直怀有极大的热忱,我们对星辰大海的故事也总是抱着无尽的好奇。这一次,就请“玉兔妈妈”带着我们一起“返程”,再探宇宙星河背后的故事。
模拟月球行走:吉林火山岩有妙用
加入探月工程后,张玉花所在的团队接到的第一个任务就是“嫦娥三号”,目标为着陆并巡视月球、在月面过夜,对着陆地区进行详细资源勘探。“嫦娥三号”2008年立项,2013年发射,整整六年间,张玉花与团队一起,在发动机、导航控制、着陆缓冲、月面移动、月面生存等方面,攻克了很多技术难关。
比如,为了最真实地模拟外场实验,他们在敦煌一处雅丹地貌区建了一个室外场,“我们认为那个地方地形比较像月球,所以经常在那儿模拟各种行走实验。”
要模仿月球表面的环境,绕不开月尘,即月球表面覆盖的尘土,是月岩受阳光温度风化后的结果。它呈圆珠状,但有棱角,会对探测器造成严重磨损;直径也非常细,约10微米到40微米,这个体积直接可以往人类毛孔里钻。
如何在地球上找到类似物质,模拟在月球上走路?经过研究,张玉花他们发现吉林的火山岩跟月尘成分最接近。于是吉林火山带的108吨火山石,在当地粉碎后,就成为他们实验环境中的“月尘”。
这些被粉碎的火山石非常微小,一开空调就会扬起来,所以夏天做实验室时,他们不仅不能开空调,并且因为防护需要,还要穿上雨鞋、穿着雨披、戴着矿工的围帽进实验室操作,非常辛苦。
登陆月球:“玉兔”为什么走得这么慢?
“玉兔二号”登陆月球已经29个月了,到现在行走里程累计700多米。很多人好奇,为什么它的速度比想象的还要慢?火星车的行进速度和它相比,会更快,还是差不多?
“其实月球车里程少,不是因为(行走)速度慢”,张玉花解释说,“按设计,月球车走一步花7个小时,它要先看看天,再看看地,接着看看脚下,看完了再把图片通过中继星传到地球。我们再进行数据判断、规划路线。”
所以,这7个小时里,其实用来走路的时间只有2分钟。“而且它不是一直走,比如我们在边上发现有一块石头、有一个坑,是科学家感兴趣的,那它就停留在这儿打转,不停地探测。”
对比玉兔,火星车虽然现在设计的速度基本上和月球一样,它可能会走得更慢。为什么呢?“因为火星车离地球太远了,它拍的图片要通过环绕器中继到地球。但是如果路途平坦,多走一点也有可能。因为目前给了它规划三个月巡视的时间,后面我们环绕器要进行调整轨道,要进行全火星资源和环境探测,可能得抓紧时间。”
“玉兔”取样:为什么比预计的少?
“嫦娥五号”,是中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器。2020年11月24日,它准时发射升空进入预定轨道;12月17日凌晨,返回器携带重1731克的月球样品着陆地球。
“嫦娥五号”在月球表面上停留了48小时,取样是它此行的“唯一目标”。张玉花说,这个任务完成得并非毫无障碍。首先进行的是采样钻头钻取。原计划是钻取2米,但是当达到0.96米时,发现遇到了很厚的岩石,无法再下探。面对不可控因素,团队决定结束钻取,以防损失已得的样品部分。随后,他们用机械臂,对月球表面进行表取,由于钻取比预想少,因此表取必须多采样,于是一共进行了12次。这样,才有了最终返回到地球的1731克“月球”。
这样的不可控因素在月球上不少见,每一步都需要精准的判断。比如中国首辆月球车“玉兔一号”,就曾经发生过一次牵动人心的故障——在第二个月中末期,它突然不能继续运动了。“当时是我国第一次进行月球地面遥操作,经验不足。”搞清楚原因后,张玉花他们在“玉兔二号”上完美解决了这个问题。
遭遇挫折:你怎么走过艰难岁月?
从神舟飞船到探月工程,再到“天问一号”火星探测,32年的航天之旅,每一步都是对人类认知极限的挑战。西湖师生追问张玉花,有没有遇到过重大挫折?怎么走过那段艰难的岁月?
张玉花笑着说,这个问题其实有很多人问过。
“我碰到过很多困难,要么是技术方案困惑,要么是产品发生问题。比如玉兔发生问题时,我在北京,要抢救,非常紧张。当时人家说,花总(同事对张玉花的昵称),你怎么讲不出话了。其实我并没有感冒、没有生病,但就是讲不出话,压力非常大。”
“还有一次,载人项目中我们一个设备在真空罐里做实验,结果坏了。航天是个系统工程,当时可能有上百家单位在等着我解决这个问题。怎么样疏解这种压力?我天生是比较乐观的,当一个东西想了5分钟也想不清楚的时候,我就觉得自己应该先放一放,先去想一点别的。比如喝杯茶,听一点音乐,到路上走一走,都是释放的方式。”
张玉花还有一段不为人知的经历,她2009年学了心理学,有国家二级心理咨询师证。“心理咨询师最大的优点就是能与自己对话,我有时候就会思考,自己这么想、这么做是不是钻牛角尖了,站在别人立场上会是什么样。这样很快能够缓解压力。”
同是科研人,同在未知的路上摸索前行,张玉花对西湖师生陷于困境的那种茫然、挫败和焦躁,了然于心。她鼓励大家说,“当你认为自己选的事情是对的时候,我觉得就可以克服一切困难。办法总比困难多,就像我们去月球,那些实验设施从来无处借鉴,也是一点一点琢磨,一步步去解决的。如果一点困难都没有,那回首看你走过的路,你就不会觉得有那么美的风景。”
“所以,如果你确定这件事情是对的、是你喜欢的,是对这个国家,甚至对人类都是有意义的,那你就要相信自己,一定能想到办法去解决困难!”
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