在2020年底，中國的嫦娥五號探月歸來，圓滿收官，舉世矚目。嫦娥五號副總指揮張玉花，人稱「花總」，是很多航天人心中的偶像。包括她在內，在嫦五任務團隊中有一群嚴謹細緻的航天金花默默堅守，確保嫦娥五號探月之旅順利完成。自2011年軌道器立項起，中國航天科技集團有限公司八院探月工程負責人張玉花就帶領團隊「白手起家」，展開了攻堅研製之旅。嫦娥五號軌道器是張玉花探月之路上經歷時間最長、研製最為艱苦的一個太空飛行器。張玉花在載人航天領域幹了18年，2008年，張玉花擔任嫦娥三號月面巡視器的副總指揮兼副總設計師，而之前的18年，她一直奮戰在載人航天工程的戰線上，從預研論證直到神舟七號成功發射。當年，一紙調令，張玉花二話沒說，就參與到探月工程中來。從嫦娥三號、嫦娥四號再到嫦娥五號，她都全程參與。可以說，她是中國探月工程的見證者。剛剛過去的2020年，不論是對於張玉花個人還是中國航天，都是極為不平凡的一年。「嫦娥五號實現了五個『第一次』，都是中國的創新，我國完成首次月球自動採樣返回任務，經歷了七年研製、三年貯存，十年磨礪一朝成，它的成功將意味著中國掌握了無人月球探測的最主要基本技術，無疑給後續無人月球科研站建設奠定堅實的基礎，意味著中國向航天強國邁出有力的一步。」張玉花說。
從「一頁紙」資料中設計出嫦娥五號探測器
得知嫦娥五號成功返回的消息，張玉花笑稱，「終於可以睡個好覺了。」嫦娥五號探測器，從方案論證到初樣完成，張玉花和團隊不僅克服了人力資源和條件保障短缺的困難，還在貯存和延壽中經歷磨練，在月球軌道首次無人交會對接、首次樣品轉移等一系列高超難度動作等關鍵技術上實現了突破。至今回憶起嫦娥五號探測器研製十年中的一些細節，張玉花都感慨萬千。「有時想想那些困難，都不知道怎麼熬過來的，但我們最終還是挺過來了。」
探月工程三期任務最引人矚目的當屬首次在38萬公裡之外的月球軌道上進行交會對接，將裝有月壤的樣品容器從上升器轉移至返回器中。為了確保「抓得住，抱得緊，轉得穩」的既定目標，精準可靠控制抱爪機構和轉移機構是關鍵。2011年，對接機構與樣品轉移分系統的研製拉開帷幕，團隊成立之初只有8個人，號稱「八大金剛」。雖然，在當時有載人航天工程對接機構的研製基礎，但是探月三期的對接與樣品轉移機構，無論是功能還是性能都與異體同構周邊式對接機構有很大差異，難度更大，精度和自主程度要求更高。
探月項目狀態複雜、繼承性較弱，可參考的東西可以說只有「一頁紙」。一開始，對接機構設計中，開展了4種對接方案設計和9種轉移方案設計，上升器「推」、軌道器「移」、返回器「拉」各3種。團隊通過多輪方案比較及關鍵技術攻關，最終確定了現在的抱爪式對接方案和連杆棘爪轉移方案。
軌道器和上升器在環月軌道滿足交會對接初始條件時，要求控制器在收到抓捕指令後1秒鐘內控制抓捕機構完成抓捕，21秒內實現兩器剛性連接。眨個眼的功夫就要完成對接？還是在38萬公裡外的月球？這可是創紀錄、高難度的考驗。為驗證方案樣機的功能，團隊提出了吊掛式對接試驗方案。把方案「變現」卻只有短短的幾個月的時間了，沒有捷徑退路。回想那段「不舍晝夜」的階段，起初是黑沉沉的夜，然後晨光微微明亮起來。初樣研製兩年半的時間，迭代設計了3連套圖紙，研製了電性件、電測件、鑑定件等6大件。
尤其是鑑定件的力學試驗，產品潤滑採用濺射二硫化鉬，這種特殊的鍍膜材料對溼度極度敏感。在上海的黃梅天，一場雨就可以使外部環境溼度達到百分之九十以上。當時，振動廠房空調通宵轟鳴，50小時輪番上陣試驗不停，就怕空調突然「罷工」，就怕試驗後的運輸遇到下雨天。「當時我們最需要的是方便麵和一個整夜的覺。熬通宵對我們來說都是家常便飯。」團隊設計師劉洲說。
嫦娥五號探測器任務要求極其複雜，對產品研製的各方麵條件制約嚴重。就在研製初期，擺在團隊面前最直接的困難就是重量和功耗緊張。對於一個太空飛行器而言，重量好比黃金，功耗好比白銀，減重以克計，降功以瓦算，這是一個讓設計師最頭疼的的永恆難題。這要求研製團隊除了在艙體結構減重設計上想辦法外，還要對傳統太空飛行器的電氣系統分工和電子產品設計理念進行創新整合和優化。研發團隊經過十數輪論證，將原有分散在多個分系統中的能源管理與控制、火工品起爆控制等功能全部集成至數據管理的功能中，形成全新的綜合電子分系統。集中攻關的強度太大，每天查閱資料整理報告重量可以用「噸」來計算，資料連起來可以繞地球一圈。
嫦娥五號任務就像拍攝一部太空大片
「葉培建院士曾經給我們講過一個故事，聯合國曾經組織過人類科技成就展，其他國家展出的都是各種自動化的設備，而美國在一個很大的展臺、很漂亮的燈光設計下面，展出的是從月球取回的月壤，這塊石頭代表了美國科技進步的程度。從那以後44年，就再也沒有國家從月球採樣返回過。所以，嫦娥五號這次月球採樣返回，是一個了不起的成就。」張玉花說，首先，你得奔月成功，還得繞月成功，落月成功，還得在月球上取樣成功，各機構都要工作正常，樣品封裝也得正常，還得在月球起飛成功，還得在月球軌道交會對接成功，還得從月面返回成功，才能把樣品容器交到科學家手中，所以他是很難的。一般的國家可能根本就組織不起來這樣一場巨大的探月任務。張玉花形容，嫦娥五號任務，就好像在拍攝一部太空大片。
張玉花的生日恰逢中秋節，別人中秋節時賞月，她則是看著月亮，心想自己主持設計的探測器這會兒在月球的哪個位置。有時站在窗戶前看太空，她會很有成就感。「月球正面背面都有我們的東西，月球背面都沒有美國的裝置，你就會覺得我們的工作很有意義，會很有自豪感。人類對深空的探索才剛剛起步，我們也會從探月出發，向更遠的外太空探索。」
中國探月不會停下
張玉花表示，在完成探月工程「繞、落、回」三部曲之後，中國對月球的探索並不會停下，比如載人登月。月球仍然有很多地方值得人們探索，比如月球已知有100多種礦物，其中5種是地球上沒有的；月球上有大量的核聚變物質氦3，可供人類使用很多年；月球上還有豐富的水冰資源等。當然，載人登月肯定要先進行關鍵技術的攻關，等近地軌道的空間站建成，再規劃論證是不是要搞載人登月。目前開展的月面起飛、軌道交會對接、再入返回等，都是未來載人返回的必要技術。這些技術通過驗證，也為未來載人登月打基礎。
在月球探測方面，國家十四五規劃前，將實施探月工程四期工程，總共包括四次任務。第一次任務是嫦娥四號月球背面著陸巡視探測。第二次任務是嫦娥六號。一些工程目標和科學目標還在優化中，比如說，月球極區採樣返回的相關工作，正在進一步論證。規劃當中還有嫦娥七號和八號任務，論證初步建設月球科研站的可行性，並驗證核心技術。
張玉花表示，目前中國已經開啟了深空探測，深空探測是指大於地月距離的天體開展的探測活動。火星探測是當今世界航天活動的重要領域，是一個國家綜合國力和創新能力的集中體現。中國第一個火星探測器天問一號就是我們深空探測的重要一步。截至2021年1月3日6時，天問一號探測器已經在軌飛行163天，飛行裡程突破4億公裡，距離地球約1.3億公裡，距離火星約830萬公裡。探測器姿態穩定，按計劃將在一個多月後實施近火制動，進入環火軌道，準備著陸火星。天問一號任務是我國獨立開展行星際探測的第一步，將通過一次發射實現對火星的「繞、著、巡」，即火星環繞、火星著陸、火面巡視。未來還會按計劃對小行星等其他目標進行探測。
廣州日報全媒體記者肖歡歡
廣州日報全媒體編輯蔡凌躍