欧阳自远:中科院 探月工程的龙头和龙尾

2007年11月29日09:50  来源:科学时报

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  “我们起得最早,睡得最晚。”每当有人问起中国科学院在整个探月工程中的作用时,嫦娥工程地面部应用系统总设计师兼副总指挥李春来总喜欢说这句话。中国探月工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远则更直接把中科院比喻成探月工程的“龙头”和“龙尾”。

  “探月工程是一个纯科学探测的航天工程,中科院是月球探测工程科学思想的来源和主要发起单位,一直在中国月球探测工程的预研究和工程论证中起引导和主导作用。”欧阳自远对《科学时报》记者说。

  开展月球探测的顶层设计

  “中科院的科学家不仅提出了中国探月工程的科学目标,最终的科学成果也将在中科院诞生。”李春来介绍,中国探月工程作为一种科学探测工程,最早是由欧阳自远带领的科研团队提出来的,所以工程的科学目标和有效载荷需求都是由他们提出来的。“这部分工作好像名不见经传,但实际上所有的工作都要以这个为依据,最后工程也是为了实现这些科学目标,科学目标牵引了整个工程。”

  欧阳自远则指出:“嫦娥工程的整个‘输入’是中科院牵头完成的。在整个工程中,中科院起了龙头作用。”

  欧阳自远介绍,1991年,时任“863”计划航天领域首席科学家的闵桂荣院士提出了中国也要搞月球卫星的建议,并成立了“863”月球探测课题组。1993年,国防科工委组织专家论证,利用一枚长征系列试验火箭发射一颗人造物体硬着陆(撞击)月球。由于该设想的科学目标不明确,加之经费需求过多而夭折。

  欧阳自远吸取了前人的经验和教训。1994年,时任中国科学院地球化学所所长的欧阳自远和褚桂柏等专家经过一年的工作,完成了第一个较完整的月球探测可行性报告。他们通过分析国外月球探测活动发展状况,探讨了我国开展月球探测的必要性,提出任务要求,论述我国开展月球探测已具备的条件,提出了开展月球探测发展阶段设想和第一阶段月球探测的科学目标,以及第一颗月球卫星的方案设想。

  “开展月球探测活动必须有明确的科学目标,而这一工作最终在国家863-703项目和中科院创新工程项目的支持下得以完成。”欧阳自远介绍。

  1998年,在国家863-703项目支持下,由中国科学院地球化学所和空间中心共同完成了我国月球探测发展战略的研究项目,提出了开展我国月球探测发展规划的初步设想。在此基础上,中国科学院启动了知识创新方向性项目,支持以欧阳自远院士为中国科学院首席科学家的研究团组开展了“我国月球资源探测卫星科学目标研究”。2000年,该研究团组完成了《我国月球资源探测卫星科学目标》的研究报告。

  该研究报告在系统分析国际月球探测现状与发展态势的基础上,详细论证了我国开展月球探测活动的意义、必要性和可行性,首次提出了开展我国月球探测工程分阶段进行的总体规划和基本构想,具体设计了我国月球探测一期工程的科学目标和有效载荷配置方案,并提出了轮廓性的卫星研制总要求、轨道设计和测控通信方案。这一研究成果在2000年8月通过了有广泛代表性的科学家和航天专家的鉴定,得到了科工委和航天部门的认可,成为月球探测工程立项的基础和龙头。

  “光考虑科学上的设想往往是空想,只考虑技术上的能力往往丧失了目标。”欧阳自远说,探月工程需要通过顶层设计牵引和带动整个工程的顺利实施,而这部分工作应该由科学家来完成。

  厚积薄发

  2004年1月23日,中国绕月探测工程被国务院正式批准立项,在科学目标的牵引和带动下,工程的各项工作纷纷开始实施,而中科院依然在工程中扮演重要角色。

  欧阳自远介绍,在中国探月一期工程中,中科院参与单位包括国家天文台、空间中心、西安光机所、紫金山天文台、上海技物所、高能所、上海天文台和地球化学所,主要负责地面应用系统的建设和卫星有效载荷的研制工作。最后的数据接收和处理也是由中科院来完成。

  其中,国家天文台承担了嫦娥工程的五大系统之一的地面应用系统的研制、建设和运行,空间中心、西安光机所、紫金山天文台、上海技物所、高能所分别承担了探月一期工程的CCD立体相机、干涉成像光谱仪、激光高度计、射线谱仪、X射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器等8种探测仪器的研制,上海天文台则将其VLBI(甚长基线干涉仪)天文测量系统首次应用到航天工程中,辅助我国现有的S频段航天测控网完成嫦娥一号的测轨工作。

  “一个卫星系统的所有有效载荷都由中科院有关研究所承担研制,这是从未有过的事情,却不是不可想象的事情。作为国立科学院,中科院的职责就是要在中国科学技术的发展上起真正的带头和推动作用,在新领域的开拓上起先锋的作用。可以说,中科院承担所有的有效载荷和地面应用系统的工作是厚积而薄发,与中科院知识创新工程紧密相连。”

  欧阳自远介绍,中科院从1998年开始实施知识创新工程,明确提出“两个面向”,即面向国家战略需求,面向科学前沿。“我们在1994年就论证了中国开展月球探测的可行性和必要性,中科院也应该面向国家开展月球探测的战略需求,积极开展工作。”

  “我们也在思索中科院的作用究竟应该体现在什么地方,和别人有什么不同。我们不应该搞火箭,也不应该搞大卫星,也没有能力去搞所有的测控,这些都是总装备部几十年沉淀起来的优势。中科院必须在整个工程中找到自己的定位、发挥自己的优势。”欧阳自远说。

  2001年,中国科学院根据科学院系统在有效载荷研制技术方面的水平与现状,再次启动创新性方向项目——“月球探测关键科学技术研究”。经过几年的研究和攻关,2003年,以欧阳自远院士为首席科学家的研究团组完成了《月球探测关键科学技术研究》的研究报告。

  该研究成果不但在已有研究成果基础上对科学目标进行了深化研究与论证,提出了具体的探测任务、探测精度等要求,同时重点对部分有效载荷、VLBI技术和地面应用系统的关键技术进行了先行攻关,使得在绕月探测工程立项后的上述相关研制任务在时间紧、任务重的情况下,完全按照工程总体的进度要求进行。

  更为重要的是,在完成月球探测一期工程中与科学论证相关的研究工作基础上,从2001年开始,该团组开始了有效载荷的预先研究工作。2004年工程正式立项后,各项工作正式开始实施。

  “中科院的各单位都在规定的时间内按要求完成了自己的工程任务。从目前来看,我们的工作是令人满意的。”欧阳自远欣慰地说。

  来自“嫦娥”的收获

  11月20日,完成对有效载荷公用设备的测试之后,嫦娥一号卫星搭载的光学成像设备随后打开,并对该设备的工作状况进行了测试,中科院国家天文台的地面应用系统收到了第一批原始图像数据。经过地面应用系统对图像数据的加工和处理,嫦娥一号获取的首张月面图像被制作出来,国防科工委于26日正式对外发布了这张宝贵的照片。

  “这只是第一步。”中科院国家天文台月球与深空探测科学应用中心研究员、地面应用系统副总设计师刘建忠向《科学时报》介绍,嫦娥一号还将获得月球的三维地图,将探测月球表面氧、硅、镁、铝等14种元素的含量和分布,并确定月球表面的岩石和矿物组成。科学家还将从嫦娥一号的微波探测数据中获得月球土壤的厚度,估算月壤中氦-3的资源量。这些工作都将出自中科院国家天文台地面应用系统。

  这是工程本身的收获,那么,通过承担科学目标的制定、地面应用系统的建设以及有效载荷研制等工作,中科院自身有什么收获?

  “太多了!”欧阳自远分析说,一是增强了中科院参与航天工程,尤其是开展深空探测的基础,拓展了中科院承担国家任务的能力。

  “这点很了不起。”欧阳自远说,中科院以前也不具备接收深空探测数据的能力,通过探月一期工程,中科院建立了月球探测的地面应用系统,成为月球探测数据传回地球的唯一通道。而且这里也将是今后中国深空探测的重要基地,它拓展了中科院为国家服务的领域。

  以VLBI为例。VLBI是第一次参加航天工程,以前它主要是作天文观测。在嫦娥工程中,它辅助我国现有的S频段航天测控网完成嫦娥一号的测轨工作。“工程规定的测轨误差要求是2%,但是此次嫦娥一号的测轨误差只有万分之三,可以说,VLBI功不可没。以后VLBI也将成为我国深空探测的重要手段。”欧阳自远介绍。

  “其次,探月工程所获取的重要数据,一定会对科学的发展起到推动作用,同时它对中科院的科研能力、技术条件和成果产出都有很好的促进作用,例如能推动中科院的月球科学、行星科学、航天技术、仪器研制和制造等各方面的水平。”欧阳自远说。

  “工程培养了人才。”欧阳自远评价说:“这才是无价之宝。”

  对此,李春来颇有感触。李春来介绍,通过探月一期工程,地面应用系统已经建立一支完整的队伍,从一开始只有4个人到现在已经发展到50多名工作人员。更重要的是,通过承担工程任务,加强了他们这群出身科研工作的人的工程理念。

  “航天工程要求非常严格,包括时间精度、数据质量要求、运行可靠性要求等,航天工程在技术方面跟科学研究、基础研究没有什么两样,某些方面更苛刻,我想要是按照航天工程的要求和效率来写SCI文章,我们的产出可能更大。”李春来说。

  欧阳自远则认为:“这里将是我国深空探测的人才培养摇篮。”

  兼容并蓄 发挥1+1>3的科研优势

  中科院在中国探月一期工程中所起到的引导和主导作用是众所周知的,在接下来的探月二期工程中,中科院是否能继续发挥重要作用,探月二期有效载荷的研究工作是否也将由中科院来承担,则是很多人关心的问题。

  “科学目标和有效载荷的需求依然会由我们牵头提出来。”欧阳自远介绍,从2001年开始,该团组开始了月球探测二、三期过程科学目标的研究工作。目前,二期工程的科学目标和有效载荷的需求已经确定下来。此外,二期工程的探测数据的接收、科学处理等工作依然将由中科院国家天文台的地面应用系统承担。

  “但在二期工程中,有效载荷将向全国招标,从各大学、研究院所中优选出最好的研究单位承担有效载荷的研制工作。”欧阳自远说,在一期工程中,有效载荷主要是在中科院内部的单位之间竞争,二期工程中,有效载荷将放在一个更大的竞争平台上,聚集全国科研的集体力量进行攻关。

  “中科院要想继续在二期工程中发挥重要作用,承担有效载荷的研制工作,需要付出更大的努力。”欧阳自远说,以二期工程的有效载荷月球车为例,现在就有30多个单位参与竞争。“他们的科研实力也很强,中科院想最终胜出不容易,总的说来,前途未卜,更需努力。”

  李春来则认为:“就算招标,科学院也有能力拿到80%的有效载荷。”

  欧阳自远建议,中科院应该团结各研究单位的力量,发挥自身的综合优势。同样以月球车为例,可以说月球车是所有高新技术的集成品,是所有机器人最高水平的体现,它要求的技术非常全面,几乎包括材料、机件、仪表、自动化、通信、计算技术、电源技术等在内的所有高新技术,如果能把中科院相关研究力量联合起来、兼容并蓄,就可以发挥出1+1>3的综合优势。

  “中科院有必要进一步吸纳工程文化,发挥群体的作用和优势,通过联合科学院各方面的力量来增强竞争优势。”欧阳自远指出。(张巧玲)

(责编:张文君)
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