孙泽洲:遥远深空的探秘者

2021-01-28 14:15
北京

仰望星空的时候,你在想什么?无论答案是什么,一定要从地球出发,去探索。作为2020年全国劳动模范、嫦娥一号卫星副总设计师、嫦娥三号探测器总设计师、嫦娥四号探测器总设计师和火星探测器总设计师,北京空间飞行器总体设计部型号总设计师、研究员孙泽洲长期致力于月球和深空探测领域研究和工程实践。多年来,他带领团队先后在月球环绕、软着陆及巡视探测器系统设计领域、测控通信技术等方面取得了突出的科技成果,为我国月球和深空探测领域的发展做出了突出贡献。

父母引导

让“航空种子”发芽成长

由于父母在航空领域从事飞机制造相关工作,从小在航空大院里长大的孙泽洲,在他幼小的心里埋下了一颗“航空种子”。

“小时候,我们厂子里经常有飞机试飞。那个时候,我觉得这个行业很厉害,而且还有一点神秘。等我稍长大一点就知道,飞机是保家卫国的。”孙泽洲说。

孙泽洲的父母很开明,在他成长的过程中,并没有特别的约束和要求,只是在他考大学、选专业的时候,父亲给了一些建议。“我母亲学的是财会,父亲学的是制造工艺。当时,学工科还是学财会,我有点犹豫不决。然后,我父亲就说,还是学工科吧,对于男孩子讲,在今后工作中会有更多挑战,锻炼的机会也更多。”孙泽洲说。

孙泽洲坦言,小时候,他是一个普通小孩,没有明确的从业理想,但是父母对工作的态度,却给他带来了潜移默化的影响。“我的父母对于工作一直是非常地严谨、认真,给我留下了深刻地印象。我毕业后,从事航天领域工作,对这个行业的工作环境、氛围和要求,很容易适应。我觉得跟我小时候的生长环境息息相关。”孙泽洲说。

大胆创新

解决地球与月球通信难题

2004年,我国的探月工程正式立项。按照计划,这项工程分为“绕”“落”“回”3个阶段。承担第一阶段“绕”这项任务的是“嫦娥一号”。孙泽洲正是这颗卫星的副总设计师。“我也是第一次承担如此重要的工作。”孙泽洲说。当时,他分管着测控与数传、天线、机构与结构、热控、数管、供配电6个分系统的总体技术工作。这就要求他不仅要把握总体需求,确保总体的高效和系统优化,也要对各个专业的知识都有所掌握。专业跨度之大,可想而知。

通过不断的研究和攻关,孙泽洲解决了环月探测的诸多关键技术难题。其中,在测控系统设计过程中,他创造性地设计了我国首个深空探测测控数传星载系统,解决了远距离地月测控通信的设计难题。“地月距离有38万公里。当时真的觉得挺远。”孙泽洲说。距离远,地球和月球之间如何通信就变成了一个很大的问题。

孙泽洲介绍,一般情况下,遥感卫星距离地球只有几百或者1千公里左右,远一些的通信卫星距离地球大概为3.6万公里,但是地球距离月球有38万公里,距离一下远了10倍。发射卫星有很多前提,其中一个就是地球上的人能够对卫星进行测控,能够与卫星通信。但是,如此远距离的通信,并没有可借鉴的经验。想要解决,最初的考虑是“两端想办法”:一个是在地面想办法,一个是在卫星上想办法。

当时国内没有深空测控网。现有的天线口径又很小,只有十几米。即便马上开始建设新的天线,从时间上考虑也根本来不及。“在地面想办法”的路子行不通,孙泽洲将工作重点放到了卫星上。

“我们的星载测控系统,一方面在设备性能上进行了提升,让它可以感受到更微小的信号。另一方面在信号功率分配上进行了重新设计,使信号提升了一倍以上。”孙泽洲说。通过这些手段和方法,再结合地面站工作的提升配合,他们顺利解决了地月间的通信问题。

反复论证

护航嫦娥三号过月夜

进入二十一世纪以来,我国在月球和深空探测方面有了突飞猛进的发展。国家在这一领域的发展史,无疑蕴含着从业人员的奋斗史。

“深空探测我们最害怕的就是设计初期有漏项。”孙泽洲介绍说。作为总设计师,如果对设计的边界条件考虑不周,可能会影响整个任务的成败。即便后期发现了遗漏,解决起来也会有很大问题。

嫦娥三号探测器承担着探月工程第二阶段“落”的使命,孙泽洲在担任该探测器总设计师的时候,与伙伴们一起,对探测器在降落月球过程中以及在月球表面可能遇到的各种情况,都进行了反复的考虑和论证。“最初,我们反复讨论,探测器在月球上是工作一个白天,还是要工作一整天?”孙泽洲解释说。因为这涉及探测器是否要过月夜的问题。毕竟,月球上一个夜晚的时间,相当于地球上的14天,而且没有太阳能的支持,气温又极度寒冷。

孙泽洲表示,当时,他们面临两个重要问题。首先,探测器要过月夜,就需要能源支持。即便所有设备都不工作了,还有保温的要求。但是没有太阳,这个能源从哪里来?其次,月夜过去的时候,怎么唤醒探测器?经过反复的实验、论证,最终,他们采取了依靠同位素衰变的方式来获得能源,而唤醒探测器的工作,则依靠太阳能来完成。

“我们考虑,探测器醒来的时候,一定要有太阳。有了这样的想法后,我们设计了一个计时装置,想要依靠它来唤醒探测器。这个方案虽然听起来不错,但是怎么保证面对月球上气温的巨大变化,计时器能够准时呢?”孙泽洲说,“反复讨论后,我们设计了这样的场景,当探测器休眠的时候,不需要计时。当太阳升起来后,计时器会被触发,当温度达到要求时,探测器被唤醒。”

孙泽洲自豪地说:“在众多的解决方案中,我们会选出更巧妙、更可靠,资源开销也更小的方案。”

迎难而上

取得更多更好成绩

目前,我国开展的月球和深空探测已经属于全新的领域,没有既往的经验可以借鉴,更没有现成的技术可以参考。

嫦娥三号探测器是我国第一个在地外天体软着陆的探测器,设计过程中,孙泽洲带领团队进行了上千次桌面联试、上万次数学仿真,最终突破了核心关键技术。嫦娥四号通信系统研制过程中,他带领团队反复验证,经常做试验到凌晨,成功实现了月球背面探测器与地球之间数据中继通信的全时覆盖。火星探测器要一步实现“绕、着、巡”的任务目标。为此,孙泽洲带领团队集智攻关,还远赴新疆戈壁、内蒙古草原进行外场试验。“去沙漠地区进行外场实验,我们避开了雨季,还专门找了没有植被的地方,希望能更接近火星的地表特征。在那一个月的时间里,我们遇到了两次比较大的沙尘暴。早上一觉醒来,板房门口堆满了沙子,门都推不开。”孙泽洲说。

孙泽洲表示,直面困难、迎难而上的信心,来自于工作多年的经验,也来自于初担重任时航天前辈的鼓励。“承担嫦娥一号设计任务的时候,‘嫦娥之父’叶总跟我说:‘在任何时候,出现任何问题,都要把它拿出来解决,而所有能拿出来解决的问题,都一定能解决。’我一直记着这句话。”孙泽洲说。

“作为劳模,今后,我要扛起使命担当。在工作中,率先垂范,发挥模范带动作用,不断学习和创新。在深空探测领域,利用有限的机会、有限的投入,取得更多、更好的成绩。”孙泽洲说。

□本报记者陈曦/文 孙妍/摄

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