当时间的指针即将进入21世纪的第二个十年，面对世界各国探测和开发、利用月球的热度再起，以及中国航天事业发展的客观要求，探月三期工程嫦娥五号、嫦娥六号任务的论证工作正式拉开大幕。
我们应该用什么样的思维方式去看待中国探月的下一个十年？应当如何去完成“绕、落、回”三步走的目标？怎样实现采样返回？中国人首次应当带回多少月壤合适？怎样确保探测器完成采样以后完全返回地球？
一系列困惑和难题摆在了刚刚出任探月工程总设计师的航天测控通信专家吴伟仁面前。
上任伊始，吴伟仁便带领来自航天工业部门、中国科学院、教育部高等院校和大型企业等机构的一大批专家积极参与到论证工作中。像探月这种技术难度大、参与人员多、研制周期紧的重大科技工程，论证时间都会比较长。但吴伟仁带领团队，仅用了一年多时间就完成了论证工作。
整个论证队伍将近百人，很多骨干成员都是从事探月工程的专家。例如来自航天五院的彭兢、航天八院的张玉花，现在都已经是中国月球探测器研制设计工作中的骨干力量。
大家定下了工程的指导思想：“技术先进，经济可承受，体现当代水平，经得起历史检验。”
技术先进，意味着我们的方案不能落后；经费可承受，因为中国毕竟是个发展中国家，钱得花在刀刃上；体现当代水平，指的是在方案上不走美苏老路，要体现21世纪的水平；经得起历史检验，则意味着若干年以后回头看这个方案，它仍然是科学的。
▲2007年4月1日，MR-2型月面巡视探测器的机械臂模拟探测月球表面的岩石。 由上海航天局联合国内数十家科研机构共同研制的月面巡视探测器通常被称为“月球车”，它是我国“绕、落、回”“三步走”探月工程中，实现第二步“落”的重要部分。MR－2月球车采用独立驱动的六轮摇臂式行走系统，可爬越30度斜坡，跨越25厘米障碍。行进速度为每小时100米，最快可达每秒5厘米。（新华社记者 陈飞摄）
▲2019年1月3日晚间，嫦娥四号着陆器与巡视器成功分离，玉兔二号巡视器（即月球车）顺利驶抵月背表面。着陆器上监视相机拍摄了玉兔二号在月背留下第一道痕迹的影像图，并由“鹊桥”中继星传回地面。图为嫦娥四号着陆器监视相机C拍摄的玉兔二号巡视器走上月面影像图。（新华社发 国家航天局供图）
▲2019年1月3日晚间，嫦娥四号着陆器与巡视器成功分离，玉兔二号巡视器（即月球车）顺利驶抵月背表面。着陆器上监视相机拍摄了玉兔二号在月背留下第一道痕迹的影像图，并由“鹊桥”中继星传回地面。图为嫦娥四号巡视器车轮。（新华社发 国家航天局供图）
当然，我们不仅要立足当下及之后十年，更要面向更加深远的未来。如果只是为了完成采样返回任务，嫦娥五号的系统可以做得简单很多。但考虑到未来的载人登月需求，吴伟仁等探月专家们确定了目前大家所看到的方案，目的在于进行更多的技术验证。因此，中国航天史上最复杂的航天器也应运而生。
经过讨论之后，最终确定的方案如下：
嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器和上升器组成，历经发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降等阶段，在完成月面工作后，再经月面上升、月球轨道交会对接与样品转移、环月等待、月地转移和再入回收等飞行阶段，携2公斤月球样品在内蒙古四子王旗着陆。
这十年前的伟大构想，与2020年底人们万众期待的嫦娥五号任务所最终呈现的太空大片，基本如出一辙，让人不得不为中国航天人的超前战略眼光和“咬定青山不放松”的坚持所叹服。
随后，嫦娥五号于2011年正式立项。在这个国家重大科技专项任务中，中国航天科技集团承担了运载火箭和探测器两个核心系统的研制工作。因为系统过于复杂，探测器系统被分成15个分系统，每个分系统下还设若干子系统。
2012年年底，嫦娥五号完成技术攻关和方案论证工作，转入初样研制阶段；2015年年底，完成初样阶段研制工作，转入正样研制阶段；2017年1月，探测器具备出厂条件……立项后，航天五院副院长杨孟飞担任嫦娥五号探测器的总指挥、总设计师，一大批怀揣梦想的青年才俊加入了这支探月先锋队，开始了长达10年的奔跑。
作为一名技术型领导，杨孟飞非常注重系统思维。在他看来，嫦娥五号十分复杂，方案阶段一定要先做系统设计。
通常情况下，型号研制走的多是V形路线。总体将指标分解到分系统再到单机，单机完成以后再进行分系统设计直至系统设计。嫦娥五号则走了个W形，先做一个系统的方案设计，然后分系统方案设计、单机方案设计证明方案可行性后，再走V形路线。(www.xing528.com)
一开始很多人不太理解，但慢慢地意识到这是解决复杂系统问题的重要法宝。杨孟飞经常会提到“三个见底”，即方案阶段，技术要见底；初样阶段，产品要见底；正样阶段，过程要见底。简言之，所有的研制过程是要基于前期的方案、前期的产品，一定要实现过程受控。遵循着这样的思路，虽然探月工程三期是一个公认的比较复杂的任务，但嫦娥五号的关键节点都按计划如期完成。
在嫦娥五号立项之前，他的探月专车长征五号火箭已经立项在先。嫦娥五号也便成为了长征五号的“初心”。然而，根据火箭的最大推力，嫦娥五号探测器的重量设定在8.2吨。其中，光推进剂就占到5吨多。探测器系统要全面瘦身，多个备份产品也要取消。因此，为嫦娥五号“瘦身”是整个探测器设计过程中贯穿始终的主题。
为此，科研人员想尽了一切办法，可以说是“斤斤计较、克克不放”，仅着陆器的4个贮箱就比最初方案减重26公斤；为实现结构的高度轻量化，8台相机和1台相机控制器都是按克减重的，表面被掏成了蜂窝，最轻的相机只有400克。这样的例子不胜枚举……
此外，嫦娥五号样品采集量究竟定在多少合适？
彼时，世界上完成月球采样返回的国家有两个，一个是苏联，一个是美国。苏联实施了3次成功的无人采样返回，以钻取的方式采回月球土壤样品300多克。美国通过6次成功的阿波罗载人飞行，让宇航员带回来300多千克月球样品。
▲ 中国科学院云南天文台的10米射电望远镜（左）对太阳进行跟踪观测，收集空间环境资料。右为正在进行设备精调的中国“探月工程”40米射电望远镜（2006年4月4日摄）。云南天文台地处昆明市东郊凤凰山的海拔2000米处，这里海拔高、纬度低、大气宁静度和透明度好，具有得天独厚的天文观测条件。作为执行我国“探月工程”地面观测任务之一的天文台，云南天文台负责提供空间环境天气预报、预警，空间灾害天气监测等实时观测资料，接收探月卫星发回的科学数据，参加对卫星位置的准确测定等。（新华社记者 周重要摄）
▲ 英国皇家航空学会2019年度颁奖典礼11月25日晚在伦敦举行，嫦娥四号任务团队获得本年度团队金奖，成为本年度全球唯一获此殊荣的团队。这是英国皇家航空学会成立153年来首次向中国项目颁发奖项。中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁展示奖章和证书。（新华社发 雷伊·唐摄）
在论证过程中，专家们认为苏联的技术方案有着明显的局限性，通过钻取能够最终采集到的月壤会受到各种限制，如果有石头就钻不下去。返回器的容积十分有限，最终能带回地球的月壤也就不会太多。40多年以后当中国人去往月球采样，应该有更加先进和领先之处。为此，论证负责人有了更高的要求：这一次，我们的采样量应该超过苏联数次采样的总和。当时大家提出的数量从一公斤到五公斤不等，但大家最终把中国首次去月球采样返回的目标定在了两公斤。
同时，为了更好地了解月表一定范围以下的月壤组成，能够更加直观地了解层理，为了保证月壤的层理结构不被破坏，论证组提出钻取两米深度，且边钻边封装，以最大程度地保证样品的科研价值。同时，为了避免遇到石头钻不下去的情况，他们提出了一个既不同于苏联也不同于美国的方案：同时采用钻取和铲取相结合的采样方式。
众所周知，当返回器带着月壤，从38万公里远的月球风驰电掣般向地球飞来，这时它的飞行速度是接近每秒11公里的第二宇宙速度，而一般从近地轨道返回的航天器速度大多为每秒8公里的第一宇宙速度。
可别小看了这每秒3公里的差距，就好像扔石头，同样一块石头，从一层楼扔下来的速度和从十几层楼仍下来的速度肯定不一样。怎么能让嫦娥五号能够把速度降下来，而不至于进入大气层以后就被烧毁？为此，科学家们也伤透了脑筋。
就在一切准备就绪、准备评估立项时，有专家指出，直接上来就执行嫦娥五号采样返回的任务风险太大，还是做一次真正的太空实验比较稳妥。因此，嫦娥五号再入返回试验任务应运而生。根据设计，再入返回器进入大气层后，通过飞行控制提升高度，在太空滑行一段距离后再次进入大气层，然后在内蒙古中部地区着陆。这种“半弹道跳跃式再入”，因原理和过程就像打水漂，因此又被形象地称为“太空打水漂”。
2014年11月1日，为嫦娥五号探路的再入返回试验器“嫦娥5T”按既定方案平安着陆。在探月工程三期采样返回任务中，最终携带样品返回地球的返回器对任务的成败至关重要，我国此前尚没有地球轨道以外的航天器完成过再入大气层的返回、着陆与回收经历。
天有不测风云，就在嫦娥五号所有准备就绪，即将出厂进入发射阶段时，长征五号火箭却迎来了第二次发射失败，火箭进入归零状态，嫦娥五号的发射时间不得不往后推迟。
在等待的过程中，研制团队也学会了如何在较长的时间里保持和维护一个大型探测器的状态，让它能够时刻准备着启程奔赴探索太空的征途。
为此，科学家们还为嫦娥五号量身定制3个的大罩子，一个放着上组合体，一个放轨道器，一个放返回器，温度、湿度等环境指标处于完全受控状态。大罩子是柔性的，就像人们日常使用的简易衣柜，每隔一段时间，探测器研制团队都会将嫦娥五号的设备取出来进行测试，确定其状态良好。
“待字闺中”三年久，随着长征五号遥三、遥四火箭的成功发射，嫦娥五号终于迎来了自己飞向苍穹的那一刻。
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