在轨归零！惊心动魄48h，中国探月首次危机，十七年前的嫦娥一号

13066624229

中国探月工程已经进入第四期，月球软着陆、月球采样返回、月背软着陆、月背采样返回，一次比一次成功，在世界各国的对比下，更是遥遥领先。

但当回望中国探月开始的年代，那时的我们，举目四望，心中却只有焦虑。
20世纪90年代，国际上掀起了第二波探月高潮。
1990年，日本成功发射首颗月球探测器“飞天号”，携带探月子卫星“羽衣号”。

1994年，美国时隔多年，再次发射月球探测器，取名“克莱门汀号”，率先测量了月球的大概水分布。

2003年，欧洲也发射了自己的首个月球探测器SMART-1，是世界上第一个使用太阳能离子发动机的探测器。

2007年，日本发射第二个月球探测器“月亮女神号”，一个主探测器，两个子卫星，对月球矿产分布进行了高精度的探测。

中国探月，就是在这样紧迫的世界背景下，艰难起步的，当时，我们确确实实是处在奋起直追的状态。
但就是这样紧迫的情况下，初步的探月计划，还是经历了先后两次否决。
<hr>1990年3月，长征三号甲火箭获国家重点项目立项。
火箭研发进度相当顺利，很快来到了首飞阶段。

但当时我们没有如今这样多的发射任务。
首飞，不可能一上来就发射用户的通信星，也不可能空载单独发射一颗火箭。
而受当时日本成功探月的刺激，一批航天专家，就产生了借助长三甲首飞，顺便发射探月卫星的想法。
在他们的设想里，卫星可以简化到极致，只要带上中国旗或者地图就行，至少先到达月球，把中国的印记留在月球上，卫星取名“探月1号”。

为此，火箭专家召集了空间技术研究院、北京航空航天大学、西北工业大学等地的专家，反复探讨，最后把卫星设计为4吨，在长征三号甲的助力下，发射到近月轨道。

考虑到国家科研经费不足的问题，科学家们还反复计算，最后将项目经费压缩到500万元以内。
但同时，也有一批科学家，看到方案后产生质疑，认为发射一个“铁疙瘩”，是头脑发热，没有长期规划的冲动行为。
最后，国家没有批准“长征3号甲运载火箭发射月球卫星的计划”，认为该方案的科学目标不系统、不明确，且没有连续性。
时间来到1992年，长征二号F立项。

首飞定在1997年，计划发射神舟飞船。
但最后火箭研发较快，要先进行一次试验性发射，一些科学家又计划在这次发射上，搭载月球探测器。
这次的设计方案又进一步，确保硬着陆，争取软着陆。
探测器设计重量7吨多，月面着陆重量1.5吨。

能向地面传回月球彩色图像，并在月表放置激光反射器，至少工作3小时，简单测量数据并传回结果。

这一次，经费预算涨到了4亿，而且具体分析任务，国家还是认为，这个计划高度孤立，缺乏长期和有深度的科学探测目标，没有十分明显的科研价值，最终再一次否决了。
两次的否决，让心怀冲动的航天人冷静了下来，但也从此奠定了中国探月计划的总基调。
那就是“要有长远而明确的科学目标”！
<hr>早在1986年的3月3号，国家召集全国200多位科学家，讨论形成了《关于高新技术研究发展计划的报告》，也就是“863计划”。
而到了94年，863计划的内容之一——探月工程来到了论证阶段。

也就是这时候，863计划的首席科学家们，加入了探月计划的讨论。
有了这些战略科学家的加入，这次的探月计划设计，从一开始，就抛弃了前两次“搭便车”，做项目附属品的思路，从至少20年-30年的长期考虑，工程设计和科学实现等细节都分配到具体的时间节点。
95年，欧阳自远等成功撰写《中国探月工程的必要性与可行性》研究报告。

96年，空间技术研究院发布《月球卫星技术方案可行性研究》和《月球卫星工程关键技术研究》等报告。
97年，杨嘉墀、王大珩、陈芳允院士发表《我国月球探测技术发展的建议》。

理论准备充分了，基础打牢了，探月计划于是开始了突飞猛进。
2002年，中国探月计划正式立项，我们熟悉的三步走战略同时确立。
计划2020年前无人月球探测，实现“绕落回”。

2030年前，实现载人环月和登月。

2050年前，建成月球基地。

嫦娥任务也在这期间确立，探月第一发卫星被正式命名为“嫦娥一号”。
<hr>在探月卫星的选择上，结合任务载荷的实际需要，成熟先进的东方红-3卫星平台进入了科学家的视野。

与地球卫星不同，探测月球的卫星，需要兼顾三个方向。
即面向地球的通讯与控制方向，面向太阳的能源方向，面向月球的探测方向。
三个方向的姿态控制必须能在卫星轨道的随时变化中，同时保持稳定。

而东方红-3卫星平台，正是中国首个具备三轴稳定功能的卫星平台，相比以前的卫星，它能够在三个方向上互相独立调整姿态，不再需要一个方向的调姿之后繁琐的回稳动作。
于是，采用成熟的东方红-3平台，嫦娥一号的最终设计质量定为2吨多，寿命保守估计为1年。

经试验，探测器如预期一样，成功实现了三体定向，能够确保工作状态下，探测器对月，太阳帆板对太阳，通信天线对地。

2004年，嫦娥一号进入初样研制，这时候，一个决定未来我国探月工程走向的历史时刻也到来了。
就在这一年年末，当时的探月总指挥栾恩杰，在细致调研了探测器的各系统生产制造情况，分析了各系统厂家的具体制造细节后，敲定了探月卫星的制造要实行备份方案。
也就是说，生产一颗探月卫星的同时，就必须生产另一颗同型号、同功能的备份星。
现在看来，这个决定，是我国探月工程后发先至，进展越来越快的关键。
嫦娥任务当中的双数星，嫦娥二号、嫦娥四号、嫦娥六号，在前一个任务星顺利完成计划的情况下，都得以超预期的执行了新的更大的科研任务。
嫦娥二号，前往700万公里深空，与图塔蒂斯小行星擦过。

嫦娥四号，实现了人类首次月背软着陆。

嫦娥六号，完成了世界首次月背采样返回。

<hr>经过重重难关，嫦娥一号迎来了自己的发射时刻。
2007年10月24日，长征三号甲运载火箭将嫦娥一号送入地球轨道。

长征三号甲主要用于发射地球同步轨道有效载荷，地球同步转移轨道运载能力2.65吨。
显然不足以一次性将2吨多的嫦娥一号送入地月转移轨道。
嫦娥一号升空后，需要再进行多次点火，轨道逐渐升级。

24日发射后，嫦娥一号按计划在25日、26日和29日三次点火提升轨道。
但真正的危机也随之而来。
在29号和30号，进入48小时地球轨道时，嫦娥一号突然发生了单粒子锁定。
单粒子锁定，是指单粒子在进入半导体器件后，在器件内部形成电荷聚集效应，形成局部电流，使得本来能够随指令变化的半导体器件产生锁定，甚至当电流较大时使设备永久受损。

而嫦娥一号，多个子系统都是使用的三星的K6R4016C1D型芯片，而恰恰这款芯片由于设计缺陷，对单粒子锁定极其敏感。

在发生单粒子锁定后，嫦娥一号的电路系统一下子瘫痪了，眼看就要被困在环绕地球的48小时轨道上。
一颗探月卫星，却成为一个地球上空的“死卫星”，这必将成为探月史上的笑柄。
由于没有经验，初次面对故障，单单能够猜测是遇到了单粒子效应，但具体是什么类型，如何应对，探月小组一筹莫展，指挥大厅只能先关闭了故障设备，现场也陷入一片死寂。

<hr>单粒子效应，在当时的中国并不是热门课题。
但好在，总有人默默前行。

早在2000年，中科院空间中心的韩建伟团队，在对空间抗辐射进行研究时，就发现了单粒子效应的巨大破坏性。

考虑到未来我国的航天发展，必然会越来越多地面对这个问题，团队开始尝试利用激光脉冲的方式，在地面开展模拟试验。
经过不懈努力，在嫦娥一号发射的前一年，他们自行研制成功了中国第一台激光模拟单粒子效应设备。

指挥大厅此刻也是四处求助，问题详情第一时间送达了韩建伟团队。
他们立刻使用设备，输入数据，在问题发生的48小时之内，完整复现了嫦娥一号的故障。

也就说，韩建伟团队的模拟情况，与太空回传数据一致，工程上已经可以认为实现了问题归零。
团队的处理方案也同时送回了指挥大厅。
他们判断，嫦娥一号确实发生了单粒子锁定，而且，通过重启故障设备的方式，已经在地面模拟试验中解决了单粒子锁定造成的故障。
此时，48小时就快到了，再晚一点儿，嫦娥一号的设备就将永久损坏，无法挽回。

重启指令立即发往太空，1，2，3，几秒之后，大厅收到了嫦娥一号设备恢复正常的信号，探月最大危机终于解决了。
解决故障后，嫦娥一号继续奔月，由于我们的精度控制高，后续仅又调整了一次轨道，就进入了近月制动阶段。
历经17年反复，经历了惊心动魄的48小时，中国的第一个月球探测卫星，终于成功了。

到2008年，嫦娥一号完成了全月测绘，根据嫦娥一号传回的数据，我国建立了月球地图、月球高程模型、月球重力分布模型，为后来的探月任务，打下了坚实的基础。

<hr>在浩瀚无垠的宇宙中，中国的探月工程是人类探索太空的璀璨篇章。
做为序章的嫦娥一号，承载着无数国人的期望与梦想。
在那紧张的 48 小时里，每一分每一秒都充满了不确定性，这种巨大的压力我们难以想象。这不仅是一次技术上的考验，更是对中国探月工程的一次重大挑战。
好在，嫦娥一号成功度过了危机，在太空中成功谱写了中国探月史诗的完美开篇。
探索太空的道路充满了艰辛与坎坷，但也正是这些挑战，激励着我们不断前行。
我们的探月，从当初的奋起直追到如今的全球领先，必将永远激励着中国人冲向星辰大海的梦想。
<hr>参考文献：
《嫦娥奔月》——王金锋；
《中国的航天》白皮书（2000年版）；
《迈向深空第一步》——胡浩，裴照宇；
《空间辐射环境危害综合监测原理样机研制》——马英起, 朱翔, 李宏伟, 张振龙, 韩建伟；
《脉冲激光诱发65 nm体硅CMOS加固触发器链的单粒子翻转敏感度研究》——李赛, 陈睿, 韩建伟, 马英起, 上官士鹏, 李悦, 朱翔, 梁亚楠, 王璇；
《关于高新技术研究发展计划的报告》——王大珩，王淦昌，杨嘉墀，陈芳允