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郑永洁：“太空水漂”“月轨无人对接”——全世界都在吹的牛，只有中国做到了

    嫦娥五号月壤采样任务顺利完成后，有网友翻出了2005年刊有各国探月计划的报纸，评论道：“大家都在吹牛，怎么中国就当真了？”是的，中国航天人15年前种下了深空信念的种子，默默耕耘，终得繁华！

    在探月工程中，嫦娥五号完成了“5个首次”的突破，其中有3个核心技术都依赖于我们的GNC系统。而为了这个系统的研发，我们团队奋斗了十年。

    这十年一路走来，正是“追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”的探月精神，指引着我们创造了从“奔月”到“揽月”的跨越，也必将在深空领域引领着一代代航天人开辟崭新未来。

    ––郑永洁

    郑永洁 探月工程GNC系统副主任设计师

    什么是GNC？

    大家好！我是郑永洁，来自航天五院502所，是嫦娥五号GNC分系统副主任设计师。我今天演讲的题目是“以梦为马，不负韶华；弘扬探月精神，追逐深空梦想”。
    郑永洁：“太空水漂”“月轨无人对接”——全世界都在吹的牛，只有中国做到了 郑永洁：“太空水漂”“月轨无人对接”——全世界都在吹的牛，只有中国做到了 这份报纸相信很多人都已经看过了，报纸的背景是2005年，国际上兴起了21世纪第一次月球探测热潮。各航天强国、大国，纷纷公开了自己的月球探测计划。
    如，日本计划在2025年建立月球基地，美国计划在2015年重返月球。当然这里面也包括我们国家提出的，要在2020年前后实现月球无人采样返回的 “绕、落、回”三步计划。
    那么嫦娥五号任务为什么能得到大家的关注？它的任务究竟有多复杂？我们可以一起来看一下，这张嫦娥五号的飞行剖面简图。 郑永洁：“太空水漂”“月轨无人对接”——全世界都在吹的牛，只有中国做到了 自长征五号运载火箭，将探测器送入地月转移轨道开始，长征五号需要完成近月制动、月面着陆、月表采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接，以及近第二宇宙速度再入返回 等一系列环节。 这些环节环环相扣，就像一场刀尖上的舞蹈，任何一个环节出现失误则整个任务失败，可谓中国航天的一场大戏。
    嫦娥五号任务有5个首次。分别是首次月表采样封装；首次月面起飞；首次月球轨道交会对接；首次携带月壤，并以近第二宇宙速度再入返回地球；以及首次建立月壤的存储与科研系统。 在这5个首次中，有4个都由探测器系统负责，而这其中 3个都是以GNC为核心。 也就是我们团队为之奋斗了十年的GNC系统。 GNC，是英文字母guidance navigation control的缩写，就是制导导航与控制，也就是 控制航天器飞行的控制系统。 嫦娥五号探测器就是在GNC分系统的控制下，飞向月球、环绕月球、月面着陆、起飞交会对接以及最后的返回地球。
    可以说一般的卫星设计重在服务载荷， 而嫦娥五号玩的就是GNC。 我所参与的，便是近第二宇宙速度再入返回GNC系统和月球轨道无人交会对接GNC系统的研制。 近第二宇宙速度再入返回，其实是探月三期项目的第一个关键技术。这是个什么概念呢？当返回器携带月壤奔向地球的时候，它的速度已经接近了第二宇宙速度， 11km/s，相当于35倍的音速。 而由于地月关系以及我国土位置的限制，我国的月球返回器必须要飞行6000多公里的航程，才能到达内蒙古预定着陆区。这期间，返回器需要经历40多分钟的自主飞行，而落点精度必须控制在30公里范围内。相比之下，美国的深空返回器则可以在太平洋上的任何地方着陆，美国海军都可以回收。

    那么为了减速，也为了降低过载峰值、热流密度，以及克服各种美苏没有的约束条件，我们不得不采用 “打水漂”式二次再入 的方式——也就是初次进入大气层，然后借助大气升力重新运出大气层，自由飞行一段时间后再次进入大气层。 可以想象，在初次进入大气层后，如果控制稍有偏差，那么返回器极有可能越出大气后再也无法回到地球；又或者直接扎向地面、落在异国他乡，甚至解体。历史上，只有 前苏联 完成过跳跃式二次再入飞行。号称集成世界最顶级技术的美国猎户座飞船，至今尚未开展过二次再入飞行实验。 为了完成这个任务，我们攻克了 自适应预测校正GNC技术。 在研制过程中，我们进行了百万次的模拟飞行实验，确保“太空水漂”的全过程状态可控，并拥有最佳的飞行路径。 与此同时，国家批复了返回飞行试验任务，于2014年发射并成功返回。 专门开展一次发射任务来验证一项关键技术，这在中国航天史上也是史无前例的， 从这儿也可以看出返回再入技术的难度。

    2020年的12月16号，距离2014年的再入返回试验已经过去了6年，这一天，我们再次返回并携带月壤。当晚22时，当经过巡游迭代得到的最后一组制导参数注入后，我们一起屏住呼吸，期待着梦想的实现。
    在一双双关切的眼神中，返回器像6年前一样，稳稳地划过一条美丽的曲线，飞越印度洋，飞向国土上空，直奔四子王旗预定着陆区中央，最终创造了 遥遥领先的世界最高落点精度。

    人类首次月球轨道无人交会对接

    如果说近第二宇宙速度再入返回，我们已经有过了飞行验证； 那么月球轨道交会对接，则是首次开展。
    按照任务流程，当上升器完成月面起飞，进入环月轨道后，燃料已经所剩无几，需要由轨返组合体接近上升器，与之形成对接组合体，为月壤转移创造条件。
    美国曾在阿波罗任务中进行过月球轨道交会对接，不过它是由航天员手控完成的。 而嫦娥五号将要实施的，则是人类首次月球轨道无人交会对接。
    2020年12月6日的凌晨2点，我最紧张、最激动的时刻来了。因为嫦娥五号上升器和返回器的这一次“牵手”，是已知世界上最难的一次空间交会对接，将要开启的是人类环月轨道无人自主交会对接的新纪元。
    这是从轨道器监视相机看上升器的样子。
    郑永洁：“太空水漂”“月轨无人对接”——全世界都在吹的牛，只有中国做到了
    在任务实施前，我胸有成竹，因为这是我自己完成的系统，我非常有信心，不可能有问题。可是就在转入自主的那一刻，我却一下子不自信了，我身旁的王勇副总师也发出了感叹“压力骤然增大”。

    “不要怕，做过全物理试验的” 当时的我是在心里默念这句话，可是嘴巴上不自觉却把这句话说了出来。王勇副总师给我投来了一个微笑。我那一时刻其实特别能理解他们的心情，我知道他们跟我一样地紧张，又一样地在理性地说服自己。 这便是我所说的全物理试验，也就是研制过程中的交会对接与样品转移全物理试验。
    郑永洁：“太空水漂”“月轨无人对接”——全世界都在吹的牛，只有中国做到了
    在全世界最平的气浮平台上，我们经历了不计其数的失败和自我否定。那些严苛、再严苛一点的推演讨论场景，一幕幕地浮现在我的眼前。
    我记得2015年6月25号的时候，那一天我们完成了最后一组极端拉片工况下的试验数据的分析，所有指标均满足预期。我们大家拥抱在一起，喜极而泣，因为我们知道，攻关其实在这个时候已经有了结论了，在这个试验中能对上，上天一定没有问题。
    时间一分一秒地走过，3小时很快就过去了，来到了最后逼近段。这次月球轨道交会对接的精度需求，即使算上地球轨道的同类任务，也是精度要求最高的一次。看着监视相机里越来越大的上升器，每一次喷气控制引起的姿态晃动，紧张到喉咙的心都会被牵扯着跟着震动起来。 郑永洁：“太空水漂”“月轨无人对接”——全世界都在吹的牛，只有中国做到了
    “5米，3米，1米……0.9，0.6”我已经完全听不清周围的任何声音，就好像进入了梦境一样。以往试验里总觉得慢吞吞的最后靠拢过程，在那个时候一下变得如此地迅速，根本来不及检查遥测参数，也来不及做出任何的反应，就已经达到对接初始条件。直到欢呼声传过来，我才骤然从懵懂中醒过来： 对接成功了。
    2020年12月17日凌晨2点，返回器安全落地，屏幕上传来了地面工作人员搜寻返回器的画面。坚守了十年的任务终于成功了，大家都兴奋极了，热烈地拥抱在一起，合影拍照，一片欢腾。 消息传开以后，有网友找出了刚才那张报纸，评论道：“全世界都在吹牛，怎么中国就当真了？”是的，我们在15年前种下种子，默默耕耘，如今终得繁华。航天人，幸不辱命！
    在这十年间，我们汇集了全国众多的科研院所、大型国企，涉及到的单位仍不计其数，堪比一场战争。作为总体单位，我们在研制过程中，无论缺什么材料，哪家单位实力最强，我们都直接对接合作，所有参与单位全部大力协同，毫不计较。

    如今，中国的探月三期工程已经如期实现，发展的曲线已在悄然生长。以嫦娥五号任务圆满成功为起点，探月工程四期、载人登月工程、行星探测工程也都相继展开。 伟大的事业产生伟大的精神。回过头看，那些我们最初的信念，顽强的拼搏，制胜的法宝，璀璨的成绩，正是我们 “追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”的探月精神。
    一路走来，它不仅指引着航天工作者们创造了从“奔月”到“揽月”的跨越，也必将在深空探测领域引领一代代航天人不断开辟崭新未来。 谢谢大家！
    （本文未经造就授权，禁止转载。）

    编辑 | 余冰妤 版面 | 魏婉莹 视频 | 唐盼盼

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