繼人造地球衛星、載人航天飛行取得成功之後,探月工程是我國航天事業發展的又一座裡程碑,它開啟了中國人走向深空探索宇宙奧秘的新時代。
在舉世矚目的「嫦娥五號」升空伊始,錢江晚報·小時新聞就開始特別關注8090後航天人。他們,是「嫦娥五號」等中國航天事業發展的幕後英雄,也是中國航天事業的見證者。
12月17日凌晨,「嫦娥五號」返回器攜帶月球樣品著陸地球。就在「嫦娥五號」在月球上忙碌的這大半個月,錢江晚報·小時新聞記者趕往北京,採訪了「嫦娥五號」幕後的幾位青年科學家。
這只是開始。錢江晚報·小時新聞將不斷走訪我國的重要航天科研機構,追尋那些航天領域的青年科學家,與他們一起「追星」。
錢江晚報·小時新聞記者 陳曦 張蓉
視頻 錢佳能 發自北京
12月3日,在38萬公裡外的月球表面,一面五星紅旗鮮豔閃耀。在前後的48小時內,「嫦娥五號」探測器在此順利完成了「挖土」、「打包」、「升旗」等一系列工作後,攜帶著月壤向地球奮力起飛。
這是36歲的張寬在精心打磨後等待了六年的時刻。為此,他已有五年沒回過家鄉吉林,沒和父母見上一面。
身為「嫦娥五號」月面採樣封裝遙操作主任設計師,他肩負的任務——依靠精密的設計,賦予「嫦娥五號」探測器在月球鑽取採樣及封裝的能力——在這一刻圓滿結束。
當天,他難得地在深夜前下班回家,聽見不滿三歲的兒子高興地說,自己和爸爸一樣厲害,也在院子裡挖到了土;他難得地睡足八小時,看見了兒子清晨醒來時的模樣。
可第二天,他又立即回到了北京飛行控制中心的崗位上,協助同事們一起晝夜接力「護土歸來」。
在月球上挖土
北京飛行控制中心大廳:一群身著帶有「中國航天」標識工作服的科技人員正緊張地盯著屏幕;廣播裡時不時傳出新的口令;一些人在奔走中忙碌;一些人在低語商討;一些人操控著桌上的滑鼠。戴著高度近視眼鏡、守在電腦前的張寬就是其中一員。
「嫦娥五號」飛控任務中,主要有兩大類崗位:一類是太空飛行器在空間軌道上的控制;第二類是著陸月面後,在月球表面進行遙操作控制。張寬屬於後者。
作為此次任務中月面採樣封裝的遙操作主任設計師,張寬最大的挑戰從12月1日晚「嫦娥五號」著陸器落月開始。
與先前的「嫦娥三號」和「嫦娥四號」著陸不同,「嫦娥五號」需要兩種方法在48小時內進行採樣和鑽孔,然後將2千克的月球樣品倒入專用的儲罐中以進行特殊存儲。
張寬和團隊所要做的正是月面採樣工作,通俗來說就是鏟土、挖土。
張寬介紹,這次採樣有兩種模態:鑽取、表取。鑽取是使用類似電鑽的鑽具,鑽到月面下,再由機械將樣品提上來,放到一個封裝容器裡面,進行保存。
在地球地面挖一鏟子土可能是幾秒鐘就能完成的事情,但是在月球表面挖土要耗時得多。「月壤可能看著很鬆軟,但可能下面就是一塊石頭。」張寬說,鏟土主要靠控制機械臂進行,但由於機械的特性,機械臂不可能像人一樣能夠快速去做動作,如果太快,可能會有震顫,需要慢慢移過去,以此保證整體的穩定性。此外,採樣過程中會涉及一些非常精細的操作,比如,採完樣之後裝罐、抓罐,「罐口只有10公分,但我們要確保把樣品全都放進去,不能散出來。而抓罐的精度要求更高,必須通過毫米級的定位抓住它、提起來,再放到上升器的密封容器裡面」。
為了挖到月面上的土,張寬和團隊在地球上要做的還很多:分析、規劃、控制、評估。待月面圖像下傳後,進行圖像的分析。獲取信息後,進行規劃,決策。最後一步才正式實施工作。實施分兩步,發令以及評估發令的控制效果,是否達到預期。
「『嫦娥五號』任務和以往任務區別很大,這次速成碼數特別高,可以實時獲取天上的圖像。『嫦娥四號』是先拍攝再下傳,沒有實時影像,地面上需要拿到圖像後,再進行分析,控制邏輯、控制步驟會很慢。」張寬打了個比方,這次相當於人通過導航開車的效果,圖像實時下傳的,可以實時決策,下一步該怎麼做。
在分析過程,張寬會和探測器的製造者、專家一起討論,確定策略,然後向上行發令崗提出需求,對方接受後進行覆核,確保無誤後實施發令。
讓張寬欣慰的是,這次他和團隊同事超前完成了任務。原計劃一次表取的時間為1~2小時,但實際上只用了不到50分鐘,就完成一次採樣工作。
「表取採樣一共採了三個點,形成三個小坑。當時我們都在想,應該給每個坑定一個名,因為這是中國首次在月球留下的三個採樣坑。」張寬想起當時採樣完成後,大家激動討論的場景。
6年精心準備
12月3日23時10分,完成月表工作的「嫦娥五號」上升器點火起飛。張寬所在的遙操作團隊的工作本應告一段落,但為了繼續守護「嫦娥五號」,團隊成員全部加入飛控團隊。「還是不放心,我們要做護土使者,看著自己挖的土平安返回地球。」
堅守了48小時後,張寬回家放心地睡了一覺。第二天早上8點他準時來到飛控大廳,繼續值班,他希望能全程見證整個任務。
每一個航天人或許都有一個印象最深的任務,對張寬來說則是「嫦娥五號」。因為了這短短的幾十個小時,他足足準備了6年。
2014年12月,張寬加入「嫦娥五號」任務,進入前期準備工作。「我本身是計算機專業出身,到這一塊有點跨專業,需要很多自學。」張寬把所有與飛控有關的書籍啃了一邊又一遍。這還不夠,他開始一點點加入實戰,承擔的任務也慢慢變重。
2017年5月一個中午,張寬正和幾個同事準備出門吃飯,突然接到一通電話:出一份方案,月面採樣實質流程,晚上必須拿出來。
當時在上行控制崗位的他,對此毫無經驗,很多環節都不清楚。張寬顧不上吃飯,立馬調頭回到辦公室,開始查資料文件。「那天晚上後半夜三點才弄完。」
2018年,執行「嫦娥四號」任務時,張寬成為了「玉兔二號」的遙操作主任設計師。他還記得,當看到「自己的車」登上月球,拍下第一張圖後帶來的衝擊,「月球上沒有大氣,很遠很遠的山一覽無餘,特別通透,有種一眼萬年的感覺。雖然沒有想像中那麼浪漫,但又有一種很清新的感覺。」
與「嫦娥四號」任務不同,「嫦娥五號」是我國首次實施月面採樣。在此之前的月球巡視探測工作,是控制「玉兔號」在月面上行走,在固定時間點去進行一些科學載荷的開機探測工作,但是「嫦娥五號」平臺是不可移動的,還需要帶著機械臂去鏟土。這些都是「玉兔號」沒有過的經歷,各項控制技術對於張寬和他的團隊來說都是全新的。
為了完成任務,張寬帶領設計團隊一直在開展關鍵技術攻關工作。
比如圖像,這次的任務相對於地形重構的精度要求更高。
比如視覺定位,原來是定位車的位置,但這一次定位機械臂,包括抓取放罐的過程中如何抓如何放,對位置要求更高。
比如規劃,「玉兔號」具備長期存活工作的條件,而「嫦娥五號」在月面停留時間只有48個小時。以往正常的規划過程,是先拍圖對周邊環境進行感知,建立地形,根本環境信息進行路徑的規劃。這個過程可以持續幾個小時,以便選擇一條最安全的路徑,再生成實施層面的計劃或者控制指令,這樣的方式對時效性要求相對較寬鬆。但「嫦娥五號」並不適用,規劃一次機械臂路徑,花上幾個小時,根本挖不了幾鏟土。
「所以我們要提前把策略想好、做好。」張寬解釋,就像人們出行去某個地方,如果坐計程車或者開車,路線很多,但可能會遇到堵車等突發情況。因此,在「嫦娥五號」任務中,團隊制定了很多安全的中間點,類似設置了地鐵站,出行的時候坐地鐵,通過地鐵網到達某個地點下來,再去走最後一公裡,這樣時間就會變得可控。
6年中,張寬和團隊攻克了一項又一項關鍵技術,也在等待著考驗的來臨。「6年的準備,都是為了最後應用的這幾十個小時,完成的那一刻,感覺真的很輕鬆。」張寬說。
五年不見父母
在南側的飛行控制中心上班,在北側的航天城社區居住,兩點一線,從辦公室到家的距離不到3公裡,過去六年,張寬的工作和生活都在航天城內打轉。
「感覺就像在大學校園裡,即使幾年不出去,也絲毫不違和。」當工作與生活交織在一起,大多時候,張寬只能選擇讓生活讓步。
近幾年,隨著中國航天事業的快速發展,發射任務接踵而至,張寬感覺自己「像陀螺一樣,怎麼也停不下來。」
從「長徵五號B」運載火箭,到「天問一號」火星探測器,再到「嫦娥五號」探測器,過去一年裡,張寬已馬不停蹄地參與三場發射任務。
任務的前期準備往往是最忙的階段。「每場任務前,我可能持續三四個月。凌晨2點多下班。兒子不到三歲,我經常只能看見他睡覺的模樣。第二天早上7點,他還沒起床,我就出門了。」那些深夜時刻,張寬疲憊不堪,可又因為惦記著任務,大腦容易興奮,「一時半會兒又睡不著,導致一天只能睡三四個小時。」
密集的發射任務意味著,合家團圓的春節,張寬也常常在崗位上度過。他已經連續五年沒回過家鄉吉林,「我媽暈車,沒辦法來北京。我有五年沒見到父母了。」張寬推測說,「估計今年春節我也沒時間回家。」
「這種情況不是個例。」張寬指了指身邊一位30歲左右的同事,「因為工作,他的婚禮一推再推,現在暫時訂在了年底,也不知道來不來得及。」
「很多時候,我們都不是獨自面對工作壓力,隨之而來的是,家人承受得更多。」張寬有些愧疚地說,「兒子一直是妻子和嶽母在照顧,嶽父還在老家上班。為了幫我們的忙,嶽母也四年多沒回過老家。」
在航天城生活區,張寬經常看到像自己嶽母一樣的叔叔阿姨,看著他們操著天南海北的口音聊天,他感慨萬千,「看起來是我們這些年輕人在一線崗位上為航天事業努力,但實質上是很多人在接力從事這項工作。就像打仗,在戰場上有士兵衝鋒陷陣,也有無數百姓在後方推著小推車向前線運送物資。」
用數據遊戲放鬆
筆筒和水杯立在兩臺電腦旁邊,座機在桌面最右端,張寬的辦公桌簡潔整齊,每件物品都常年擺放在固定的位置上。柜子裡,書和衣服也始終保持著固定順序。這是工作要求,也是多年來他形成的行為習慣。
「有時,外界覺得我們太固化,但這些一絲不苟的流程,都是這麼多年沉澱下的經驗。」時常面對各種急迫又艱難的技術問題,樂天派的張寬在工作中卻總是如履薄冰,「生活中把一些事看淡,問題總能熬過去,但任務不能看淡,一個技術細節沒考慮到,可能就會造成重大失誤。」張寬感慨說,各行各業的中流砥柱可能都背負著極大壓力,只是,有的行業需要個性,但飛控工作容不得個人有太多發揮。
當背負的壓力讓他變得情緒壓抑,張寬通常會靠一場長達六七小時的睡眠緩解。如果還不行,他就會拿出一種特殊的放鬆方式——做數據分析。
兒子降生前,張寬幾乎把大部分空閒時間都投入到數據分析上。有時,他甚至周末兩天都待在書房,沉浸在數G級的「數據遊戲」中。「別人會覺得,我還在工作,但對我來說這是娛樂。只要有一點數據,從不同維度、不同角度去分析時,它們就會呈現出不同的現象與結構,這個過程很有趣。」張寬說,航天工作激發了自己無盡的興趣,一旦發現遙測數據中有一些不為人知的規律,他會充滿成就感,「有些成果還能應用到工作中。」
「我想試著將太空飛行器的複雜程度定量化,這是一個神奇的科學問題。」他笑著說,和數據打交道時,感覺自己有點像民間科學家。
張寬從小就對數字敏感,讀大學時,被計算機系錄取。本科畢業後,出於對航天的興趣,他放棄了生物數據分析專業碩博連讀的機會,進入北京飛控中心工作。
「2007年,我到單位報到一個月後,又回學校攻讀研究生。」張寬回憶說,那一年,自己和同學在食堂吃飯時,電視裡恰好在播放「嫦娥一號」上天的新聞,他興奮地指著電視告訴同學,「你看這個大廳就是我工作的地方。」他清晰記得,「當時,大家都露出了羨慕的表情。」
後來,張寬極少向外人透露自己的工作。畢業後,他的大學同學也對此一無所知。直到今年,學校一位老師不經意間發現,並發朋友圈讚嘆。班級群裡頓時就熱鬧起來,多年未見的同學們齊刷刷地為張寬點讚,「你做的工作怎麼這麼偉大!」
張寬坦承,此前,自己始終將這份工作看作一個普通崗位。在心底,他甚至有時會隱隱覺得,和成為名校教授、年薪百萬的同學相比,自己發展得沒有別人好。但在那一刻,他由衷地欣喜和自豪,「真切地感受到從事航天事業的榮耀」。
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