來源：我是科學(xué)家iScientist

　　在嫦娥五號探測器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭兢看來，自己的工作和導(dǎo)航軟件有相似處：確定目標(biāo)后，選擇路線、工具和時間，更重要的是，要考慮途中可能遇到的各種未知因素，然后做好相應(yīng)的設(shè)計(jì)和意外情況的解決方案，限度地按時、按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)——只不過，他和同事把目的地設(shè)定在月球。嫦娥五號探測器系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭兢為大家?guī)�來演講《設(shè)定一個小目標(biāo)，去月球》，聊聊深空探測和嫦娥的故事。

　　以下為彭兢演講實(shí)錄：

　　我叫彭兢，我來自中國空間技術(shù)研究院，是一名航天器的設(shè)計(jì)師。

　　月球探測器聽起來有點(diǎn)神秘，也很遙遠(yuǎn)。但對于我們這些天天從事相關(guān)工作的人，它其實(shí)也很普通。簡單說，就是選擇月球作為探測對象，設(shè)計(jì)一架機(jī)器，去實(shí)現(xiàn)一個特定的任務(wù)目標(biāo)。

　　演講嘉賓彭兢：《設(shè)定一個小目標(biāo)，去月球》　　比如嫦娥一號，我們設(shè)計(jì)它的目標(biāo)就是去環(huán)繞月球，并在繞月飛行的過程中拍攝月球的照片，對月面進(jìn)行遙感探測;而嫦娥三號就是要到月面去實(shí)現(xiàn)軟著陸，就近對月球表面進(jìn)行科學(xué)探測;我現(xiàn)在正在做的嫦娥五號，則是要到月球表面去取一些樣品，把這些樣品帶回到地球的實(shí)驗(yàn)室開展相應(yīng)的科學(xué)研究。

　　嫦娥五號。　　“繞、落、回”——這三個字就是對我們國家探月工程這三個目標(biāo)的概括。

　　作為月球探測器，為了讓它完成預(yù)定的任務(wù)，它會像一顆普通的人造地球衛(wèi)星(比如東方紅一號)，或者是載人飛船(比如神舟五號)這樣，經(jīng)歷設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造、裝配、測試、發(fā)射和在軌飛行等等過程。

　　因?yàn)樵虑蚝偷厍虿煌�，所以，在這個過程中，有些地方又和普通的地球衛(wèi)星或載人飛船不同，比如，一些針對月球特點(diǎn)的特殊設(shè)計(jì)和地面實(shí)驗(yàn)。

　　說到月球的特別之處，最容易讓大家想到的就是月球的特殊環(huán)境：月球表面幾乎是真空的，表面還有無處不在的月塵顆粒，大小都有，最小的只有幾個微米，比PM 2.5還要細(xì)微。

　　這些月塵顆粒雖然細(xì)小，但對于月球探測器的設(shè)計(jì)影響卻非常大。如果它們附著在太陽電池表面，會降低太陽電池片進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的效率，造成探測器供電不足。如果大量月塵附著在探測器的表面，會改變表面的熱特性，妨礙我們對探測器的溫度進(jìn)行的控制。如果月塵進(jìn)入了運(yùn)動機(jī)構(gòu)的核心部位，比如齒輪、軸承，有可能會使機(jī)構(gòu)卡死，導(dǎo)致整個任務(wù)失敗。

　　所以，我們在設(shè)計(jì)月球探測器時，必須要針對月塵做特殊設(shè)計(jì)。比如，我們在設(shè)計(jì)一些重要機(jī)構(gòu)時，一定要采用密封設(shè)計(jì)，不能讓月塵在任何條件下進(jìn)入這些機(jī)構(gòu)的核心部位。還有太陽翼，為了避免月塵污染太陽翼上的電池片，我們會在著陸之前將太陽翼收攏起來，將有太陽電池線的那一面向內(nèi)，這樣在月球軟著陸的過程中，激起的月塵就會比較少地、甚至盡可能不落到太陽電池片表面，從而降低相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

　　設(shè)計(jì)月球探測器時，必須要針對月塵做特殊設(shè)計(jì)。　　還有“月球軟著陸”，包括嫦娥五號要完成的采樣返回任務(wù)，都要經(jīng)歷這個過程。要實(shí)現(xiàn)探測器平穩(wěn)安全著陸，就一定要設(shè)計(jì)一個特殊的裝置，我們稱之為“著陸緩沖裝置”。

　　我們?yōu)殒隙鹑�號設(shè)計(jì)了四條著陸腿。大家知道，三點(diǎn)可以確定一個平面。歷史上也有過三條腿實(shí)現(xiàn)著陸的設(shè)計(jì)，比如下面這張圖片，就是上個世紀(jì)美國的月球勘察者著陸器的設(shè)計(jì)。

　　上個世紀(jì)美國的月球勘察者著陸器的設(shè)計(jì)�！　∥覀兛紤]的稍微多一點(diǎn)：如果有四條著陸腿，萬一其中一條腿沒有著陸，剩下的三條腿也足以平穩(wěn)支撐著陸器，同時，也出于設(shè)備布局以及對稱性方面的考慮，所以，最終我們選擇了四條腿的設(shè)計(jì)。這也是大部分月球著陸器用到的設(shè)計(jì)。

　　在著陸緩沖腿的末端，我們也做了特殊的設(shè)計(jì)：在嫦娥三號著陸腿的末端，有一個直徑大約50厘米的足墊，就為了增加著陸緩沖腿跟月面的接觸面積——這個設(shè)計(jì)有點(diǎn)像小貓的貓爪上的肉墊，更好地緩沖著陸沖擊。

　　你可以想象一下：家里的小貓從高處跳下時，落地是很平穩(wěn)的，也很柔軟，這樣沖擊很小——我們在設(shè)計(jì)著陸腿和著陸腿的足墊時也是要追求同樣的效果。

　　在每一個月球探測器里，都有很多這樣不同的特殊設(shè)計(jì)，而每一個特殊設(shè)計(jì)都跟一般的衛(wèi)星或者飛船不一樣，涉及很多不一樣的細(xì)節(jié)，要設(shè)定各種各樣的參數(shù)，并且要進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證。

　　那么，怎樣證明設(shè)計(jì)在月球上是好用的?

　　通過地面試驗(yàn)。

　　還是以“月球軟著陸”舉例。

　　月球表面重力只有地球的1/6，如果直接在地面上按照月球著陸過程來做著陸沖擊的實(shí)驗(yàn)，是無法真實(shí)反映月面情況的。怎么辦呢?

　　為了模擬六分之一的重力，我們想了很多辦法。

　　其中一個是：我們做了一塊傾斜的木板，跟水平面夾角80度，然后將著陸器的模型吊在一根吊繩上，讓它擺起來。擺動的最后當(dāng)這個著陸器的模型，它的著陸腿跟這塊木板接觸時，它在這個垂直于木板，平面的這個方向上的受力恰好是它重力的1/6，用這個辦法我們就能在地面用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證我們關(guān)于著陸緩沖的設(shè)計(jì)是不是正確的。而且，這個木板也選擇了特殊的材質(zhì)，保證它的表面和著陸腿末端足墊表面的摩擦系數(shù)跟在月球表面一致。

　　還有一個實(shí)驗(yàn)：著陸沖擊之前，我們還要確保著陸器在月面上“從一定高度向下降落”的過程，嚴(yán)格按照預(yù)定的策略來執(zhí)行。

　　為了驗(yàn)證控制效果，我們專門設(shè)計(jì)和建設(shè)了一個塔架。這個塔架有110米，用它加上電機(jī)和吊繩，吊著這個著陸器，我們就可以模擬在月面上以70米左右高度往下降的過程。

　　在這個過程中，上面的電機(jī)和吊繩會提供著陸器模型重量的5/6，那么剩下的1/6重力作用在這個著陸器上，我們就可以模擬在1/6重力加速度條件下，看著陸器的運(yùn)行情況和我們的控制是否正確。

　　這個實(shí)驗(yàn)場就在北京的東南郊，大興的朱莊。2015年夏天，我?guī)ьI(lǐng)了一支試驗(yàn)隊(duì)，在朱莊做了三個月左右實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時遇到了很多的困難，其中的困難是天氣。

　　實(shí)驗(yàn)對時間有要求，我們每天把實(shí)驗(yàn)設(shè)備從廠房推出來，推到實(shí)驗(yàn)場安裝好，再做實(shí)驗(yàn)，做完實(shí)驗(yàn)回收，把這些設(shè)備運(yùn)回到廠房，至少需要六個小時。這六個小時的過程，不能中斷，而且，因?yàn)樵虑蛏蠜]有空氣，也沒有雨水，所以設(shè)備沒有做任何防水設(shè)計(jì)，不能淋雨。所以，當(dāng)時我們要做這個實(shí)驗(yàn)，最重要的一個條件就是：天氣預(yù)報(bào)要告訴我們“今天沒有雨”。

　　但是非常不巧，我們在的那個夏天，正好做實(shí)驗(yàn)?zāi)嵌螘r間，每天都是烏云密布，說不準(zhǔn)什么時候就會下雨。那怎么辦?我們就專門咨詢了大興地區(qū)的氣象預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)，問他們，天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度怎么樣。他們很遺憾地告訴我們說，局部天氣預(yù)報(bào)是非常不準(zhǔn)的。后來我們調(diào)侃，大興怎么就成了傳說中的“局部地區(qū)”，好像總是有雨。

　　到了我們計(jì)劃要做實(shí)驗(yàn)的那，就碰到了這樣一個狀況：前的天氣預(yù)報(bào)告訴我們，第二天很大概率要下雨。做實(shí)驗(yàn)的前天晚上，我睡得很晚，也睡不踏實(shí)，半夜總醒。每次醒了，我都會從宿舍窗戶往外看看外面下沒下雨。

　　一直都沒下。

　　一直到早上5點(diǎn)鐘，天蒙蒙亮了，我再起來看，還是沒下雨，但天空布滿烏云。我趕緊給氣象預(yù)報(bào)部門打電話，他們說結(jié)果今天有可能午后才會下雨。實(shí)驗(yàn)隊(duì)的同事頭天晚上早就做好了準(zhǔn)備，睡得也都很輕。當(dāng)我告訴大家“可以做實(shí)驗(yàn)了”，所有人都急忙爬起來，趕緊去做實(shí)驗(yàn)。

　　那天中午12點(diǎn)左右，我們按照預(yù)定計(jì)劃順利做完了實(shí)驗(yàn)，趕緊就從塔架下面把實(shí)驗(yàn)設(shè)備往廠房里運(yùn)。也是巧，設(shè)備剛剛進(jìn)廠房，外面就開始下雨，而且是瓢潑大雨，下了整整一個下午。

　　事后，我們所有的實(shí)驗(yàn)隊(duì)員都覺得特別慶幸：一方面，氣象預(yù)報(bào)部門那天挺給力，預(yù)報(bào)比較準(zhǔn);另外，當(dāng)時我們其實(shí)也有猶豫的，萬一下雨了怎么辦?最后是冒了一定的風(fēng)險(xiǎn)，果斷決定要做實(shí)驗(yàn)，所以那天才能按時做完實(shí)驗(yàn)。事后回想：萬一那天天氣預(yù)報(bào)不準(zhǔn)，有可能我們的設(shè)備就會在下雨的過程中做實(shí)驗(yàn)，有可能受損，或者干脆我們就不做了，實(shí)驗(yàn)計(jì)劃就會推遲——不管是哪種結(jié)果，我們其實(shí)都不太能接受。

　　這個照片拍攝于2014年10月，我負(fù)責(zé)的嫦娥五號飛行實(shí)驗(yàn)器執(zhí)行在軌飛控任務(wù)時候的一張照片，看起來是不是有點(diǎn)緊張?確實(shí)挺緊張的，因?yàn)楫?dāng)時心里有一根弦一直緊繃著，直到任務(wù)圓滿完成之前，心才能放回肚子里。

　　做完所有研制工作之后，我們是不是就可以靜靜等著火箭把探測器送到太空了呢?

　　當(dāng)然不是。

　　月球探測器系統(tǒng)構(gòu)成十分復(fù)雜。在執(zhí)行任務(wù)過程中，它要經(jīng)歷很多特殊環(huán)境，很多都是沒有在近地軌道上經(jīng)歷過的，有很多風(fēng)險(xiǎn)和未知因素。所以，只要我們的探測器還沒有發(fā)射，我們的工作就不能停止。

　　我們有一位很的院士，曾用八個字總結(jié)我們在發(fā)射前的心理狀態(tài)，叫：疑神疑鬼，捕風(fēng)捉影。只要距離發(fā)射哪怕還有的時間，我們也要絞盡腦汁反復(fù)琢磨，檢查我們的設(shè)計(jì)上還有沒有漏洞，做的實(shí)驗(yàn)是不是覆蓋了所有我們認(rèn)為有風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)，看所有我們能看到的參數(shù)，看它們的范圍是不是跟我們預(yù)計(jì)的一樣。如果大家在媒體上看到發(fā)射前的采訪，大部分情況下，航天的設(shè)計(jì)師，無論是搞火箭的還是搞探測器的，基本上都比較緊張。

　　在這種心理狀態(tài)下，我們這些看起來本應(yīng)是不折不扣無神論者的人，也難免會有一些小迷信——我們把這視作減輕壓力的一種方式。

　　比如，有一段時期，如果可以選的話，我們航天設(shè)計(jì)師選發(fā)射日期都不愿意選尾數(shù)是8的日子，寧愿選擇尾數(shù)是7日子——因?yàn)橛袀�成語“七上八下”，我們都希望它發(fā)射的時候順利一點(diǎn)，能上不要下�？赡苡腥藭�想到，最近，剛剛發(fā)射的嫦娥四號就選在2018年12月8號——這個也有新的解釋，因?yàn)殒隙鹚奶柺且�返回的，所以選擇8號發(fā)就預(yù)示著它能順利地落下去。

　　我自己其實(shí)也有類似的經(jīng)歷。也還是上面這張照片，拍攝的時間大概是在2014年的10月，還是我負(fù)責(zé)的這個任務(wù)將要發(fā)射了，那時候是我人生第一次自己親手做的這個任務(wù)發(fā)射，所以內(nèi)心是非常緊張的。這時候我的一個同事看見這種狀態(tài)就來安慰我，他說，沒事，咱這項(xiàng)目肯定能成，我說，你憑啥這么說?他說你看咱們嫦娥一號是10月24號發(fā)射的，咱們嫦娥五號飛行實(shí)驗(yàn)器發(fā)射日期也是10月24號，嫦娥一號飛行得很好，那我們這個任務(wù)肯定也沒問題，發(fā)射肯定能成功。

　　從2004年我親身經(jīng)歷嫦娥一號進(jìn)入工程研制，到現(xiàn)在已經(jīng)過去了15年。在這15年里，咱們國家先后發(fā)射了嫦娥一號，嫦娥二號，嫦娥三號，嫦娥五號飛行試驗(yàn)器，嫦娥二號中繼星和剛剛發(fā)射的嫦娥二號月球背面著陸任務(wù)。自人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，全世界總共發(fā)射了12次月球探測任務(wù)，中國就占了6次，排第二的美國只發(fā)射了3次，另外還有歐洲，日本和印度各發(fā)射了1次。

　　其實(shí)，早在十多年前，印度和日本同時跟我們開始研制月球軟著陸任務(wù)，到現(xiàn)在他們還沒有發(fā)射，而我們的嫦娥四號已經(jīng)發(fā)射成功，馬上就要去月球背面著陸了。毫不夸張地說，我國的探月工程雖然起步晚，但我們無論在數(shù)量還是在質(zhì)量上，在全世界都是的。作為嫦娥月球探測器研制隊(duì)伍中的一員，我感到很自豪，對我們國家探月工程所取得的成就感到非常的驕傲。

　　有時，我會回想起小時候，在西瓜地里守夜，仰頭會看到滿天的星斗和燦爛的銀河，引發(fā)了很多想象。其中，有一個夢想，就是長大了我能進(jìn)入太空。

　　現(xiàn)在，幾十年過去，我可以說如愿以償，有幸成為嫦娥月球探測器研制隊(duì)伍中的一員，有機(jī)會將自己親手做的探測器送到了月球，探索未知世界。在這個工作過程中，不斷解決問題，克服各種困難，也獲得了很多成就感和滿足感，而且，每一個任務(wù)取得的新發(fā)現(xiàn)和成果，又激勵著我更加努力工作。目前，我的小目標(biāo)是月球。其實(shí)，我還有更大的夢想，希望未來有天還能走得更遠(yuǎn)。

　　而所有這些，都和我們國家還有社會各界對我們我國深空探測事業(yè)和嫦娥月球探測器研制工作的支持是分不開的。我也希望，未來有更多人，包括在座的各位小朋友，能夠有機(jī)會加入我們，共同開始深空探測的偉大事業(yè)，在人類探索星辰大海的事業(yè)中做出中國人應(yīng)有的貢獻(xiàn)。