2020年12月1日22时57分，嫦娥五号探测器的着陆器、上升器组合体开始实施动力下降。38万公里外，远在北京航天飞行控制中心的周昌义，双眼紧盯着电脑屏幕。几分钟后，“直播”开始：降落相机传回的画面中，探测器组合体掠过一座座环形山，不断下降，直至23时11分，稳稳地停在了一片平整的开阔地上。
嫦娥五号着陆器搭载相机环拍图。 国家航天局供图
“降落相机初战告捷，后面就看其他载荷的表现了。”作为中国科学院国家空间科学中心研究员、嫦娥五号任务有效载荷分系统总设计师，周昌义带领团队将研制的七类载荷装入“嫦娥”送上月球，一个任务是在月面上“就位”，“保驾”采样探月；另一个任务是给月球送去一份来自中国的特殊“礼物”。
48小时后，这两项任务圆满完成！
“东方红一号”触发航天梦
千里汉江，自秦岭南麓起源，一路向东南，最终在武汉汇入长江。进入武汉三镇前，汉江水停留的“最后一站”名叫汉川。
1965年的夏天，汉川一户周姓农家再添男丁。朴实的老周给男婴起名“昌义”，希望他为家族兴盛争光。
这一年，首都北京也发生了一件大事。第七机械工业部制订的1965至1972年运载火箭发展规划获批，中国正式立项研制航天运载火箭，航天建设开启重要篇章。
常年与地里庄稼为伴的老周不会想到，多年以后，自家“老三”会以航天为终身事业，把一批批重要的“乘客”装进火箭，送上太空。
1970年4月24日，我国在酒泉卫星发射中心将第一颗人造卫星“东方红一号”送入太空，村里的广播一整天都在播放喜讯。“什么是人造卫星？”周昌义问大人。村里人告诉小昌义，“等你上学了，多学文化就知道了。”小昌义点点头，这一年他跨入小学。
周昌义很有天赋，无论识字还是算术，一学就会，过目不忘。从村小学、乡初中，到市里的高中，他的成绩一直名列前茅。1982年，周昌义考入武汉大学物理系光学物理专业，毕业后分配至北京某研究所工作。他的心中，一直珍藏着一份航天梦。
直到千年之交，机会来了。
1999年11月20日，神舟一号飞船成功发射，举国欢庆。一位同学找到周昌义，“中科院有个单位在做载人航天科研，任务很多，有没有意向加入？”周昌义毫不犹豫地答应了。转过年正式调动，进入位于中关村的中科院国家空间科学中心上班。这里，正是“东方红一号”的摇篮。
最初，他先去航天城值班，监控航天器的运行情况，负责设备的数据判读。神舟三号飞船发射前夕，他去酒泉卫星发射中心为有效载荷数管设备保驾护航，在大戈壁一待就是数月。这段经历让周昌义更坚定了一辈子干航天的信念。
进入酒泉基地，周昌义第一次见到了高高耸立的发射塔架，“在大戈壁滩上，几公里外就能看见发射塔，太震撼了。”他还参观了“东方红一号”卫星发射塔架，没想到儿时的疑问在这里找到了答案。当晚回到驻地宿舍，周昌义打开日记本，写下这样一段话：我为祖国骄傲，为从事航天事业自豪，将更加牢记航天人的责任与担当，投入到学习与工作中。
周昌义站在中国暗物质粒子探测卫星“悟空”模型前。本报记者 和冠欣摄
七套载荷总重量仅18千克
在中科院国家空间科学中心，周昌义先后参与了载人航天、双星计划以及嫦娥一号、二号、三号、五号等多次重大航天科研任务，积累了丰富的经验。他和同事设计的星载有效数据管理系统，强有力地保障了神舟飞船一次次遨游太空，保障了双星计划、暗物质粒子探测卫星“悟空”等顺利开展各项实验。
为了嫦娥五号任务，周昌义和同事们足足准备了8年。
2011年，嫦娥五号探月任务正式获得国家批覆立项。作为探月工程“绕、落、回”三步走的收官行动，它要在月球完成采样并返回地球，难度极大，之前只有美国和苏联取得过成功。2012年，为嫦娥五号任务设计有效载荷分系统的任务交给了周昌义团队。月球与深空探测工程有很强的科学探测目标作为牵引，周昌义团队负责的有效载荷分系统就是为了实现科学目标而专门设置的一个分系统，负责把科学载荷研制单位组织起来、把不同的载荷集成起来，统一对接卫星系统或探测器系统。
中国的航天任务向来都是精打细算，每次探测都要尽可能多带一些载荷设备，一是保障工程目标能更顺利地完成；二是要开展科学探测，实现科研目标，提升我国的空间科学水平。
嫦娥五号任务的其中一个科研目标是：开展着陆点区域形貌探测和地质构造勘察，获取与月球样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与实验室样品分析数据之间的联系。这部分工作，主要通过有效载荷分系统的各种设备来实现，“具体来说，我们需要勘察月表形貌和地质构造，探测月球浅层内部结构，分析月表物质成分。”周昌义说，这是真正意义的现场就位探月。
经过反复论证，有效载荷分系统团队决定为嫦娥五号探测器配置七类设备，包括国旗展示系统、降落相机、全景相机、全景相机转台、月球矿物光谱分析仪、月壤结构探测仪、载荷数据处理器等。周昌义说，这些设备都要精心设计，如降落相机具备两种成像模式，可以分别拍摄400万和100万像素的照片；降落时，每秒钟成像1幅，每6秒下传1幅实时图像。全景相机的最近对焦距离可达0.5米，具备静态拍照和动态摄影功能，在转台带动下，能实现水平180度、俯仰115度的转动。此次嫦娥五号探测器落月后，国家航天局发布了一张落月全景照片，连探测器的支撑腿在月壤表面“站”出的一个浅坑都清晰可见，这就是全景相机的作品。
周昌义说，在设计过程中，重量是有效载荷要严控的一大指标，最初分配给分系统的重量是20千克，为保证采样返回的工程目标，探测器总体将有效载荷分系统重量砍掉了2千克，但功能性能指标不能降。为了减重，各载荷在设计中做到了“克克计较”，比如采用镁合金替代铝合金，机箱壁采取减薄层叠式设计，采用超轻电缆、采样轻小型连接器等一系列措施，最终满足了七套有效载荷总重量18千克的要求。
一次“归零”耗费三个多月
2012年12月，嫦娥五号有效载荷分系统方案确定，转入初样研制；
2015年8月，分系统各套设备初样研制完成；
2016年5月，各套设备正样研制完成，转入整器测试、试验……
所有工作都在有条不紊地进行。有效载荷分系统的设备具体由七家单位承担研制，分布在北京、上海、沈阳、西安、武汉等多个城市。如中科院西安光学精密机械研究所负责研制全景相机，中科院上海技术物理研究所负责研制月球矿物光谱分析仪。作为总设计师，周昌义需要清楚掌握每套设备的研制进度、质量情况，出差就成了家常便饭，经常上午还在北京开会，下午就出现在了外地研制单位的实验室。
航天任务，产品质量是生命线，绝对马虎不得。每到一家研制单位，周昌义都要反复叮嘱科研人员。某单位是第一次参加航天设备研制，管理经验不足，有一次就埋下了隐患——在将进口齿轮安装到电机输出轴上时，随便将安装任务口头交待给电机生产厂家，由工人师傅凭经验进行操作，结果导致其中一个齿轮头在打孔安装过程中开裂。有人提出，厂里加工的另外几个齿轮没打裂，可以替换，问题不大。可周昌义不这么认为，“一个齿轮打裂了，那其他齿轮会不会有暗伤？如果不搞清楚，恐怕每天都睡不好觉。”
归零！从零件最初的设计查起：设计方案有没有问题，零件材料选择有没有问题，加工工艺有没有问题，装配工艺有没有问题，生产管理有没有问题……一一排查。一枚直径不到1厘米的小小齿轮，引发了技术和管理双归零，团队为这次归零花了3个多月时间，终于彻底搞清了问题所在，确保了产品质量不留任何隐患。该研制单位的领导感慨：这是一次教训，也是一次学习，通过这次归零使我们的管理水平上了一个新台阶。
在地面上严苛，就是为了让设备在月球上不出故障。周昌义说，嫦娥五号任务中，尽管在很多地方进行了可靠性设计和验证，他们还是为有效载荷分系统准备了27项故障应对预案。一直到任务圆满完成，这些故障预案无一启用。
“织物版”国旗首次亮相月球
2017年6月，有效载荷分系统完成第一次出厂评审，然后整合装入嫦娥五号探测器。但因为种种原因，探测器未能按照原定计划发射升空。
延迟的这几年，很多人担心分系统各项载荷设备的质量会不会下降。周昌义很淡定，“时间多了，我们可以把准备做得更充分。”他坚信，嫦娥五号探月任务“好饭不怕晚”，一定可以圆满完成。
当然，对于载荷的各项保护措施必须跟上。为保证设备长期贮存，探测器抓总研制单位——中国航天科技集团五院专门建造了一个充满氮气的密闭房子，用于存放探测器。之后每隔一段时间，各系统的软件、硬件都会加电检测，确保工作正常。
2020年7月，嫦娥五号探测器抵达文昌航天发射场，周昌义带着试验队员随后抵达，开展发射前测试。虽然信心十足，但任何一个检查步骤他们都不敢放松，逐一确认每项载荷的最终状态。
11月23日，嫦娥五号探测器发射前一天，周昌义陪同中科院北京分院的领导来到发射塔架下，椰风轻拂，乳白色的长征五号遥五运载火箭顶端，探测器已经安然“入座”。大家近距离与嫦娥五号探测器作最后告别。
10个多小时后，“胖五”一飞冲天，将探测器送入地月转移轨道。
2020年12月3日23时10分，顺利完成采样任务后，嫦娥五号上升器携带月球样品点火起飞。告别月球前，嫦娥五号送上了来自中国的珍贵礼物——一面五星红旗。这是有效载荷分系统的一个关键项目，周昌义已经记不清，他带着团队为此忙碌了多少个日夜。
周昌义说，早在嫦娥五号任务启动时，科研人员就在讨论如何在月球上打上“中国标识”，大家最后不约而同想到了“亮国旗”——因为它能瞬间激发同胞对祖国的自豪感。
有了好创意，实施的过程却异常艰难。虽然之前嫦娥三号、嫦娥四号探测器以及玉兔号月球车也曾在月球上展示国旗，不过那时的国旗都是喷涂在探测器上的。这次，科研人员要亮出真正的“织物版”国旗。由于月面环境有很强的紫外线辐射，加上月球表面有着正负150℃的温差，普通国旗根本无法使用。“地面上使用的普通国旗在月面环境会发生褪色、串色等现象。”周昌义说。
中国航天科工集团航天三江四院九部的科研人员承担起了攻坚任务。为了确保国旗不褪色、不掉色、不串色、不起褶，他们与武汉纺织大学合作，查阅了大量文献资料，历时一年多从几十种纺织面料中挑选出一种面料，再从几十种染料中挑选出旗面和五角星的染料和配料，经过无数次印染和热循环、热真空、紫外线辐照等试验，终于摸索出一套旗面加工工艺，确保国旗在月面不褪色、不串色、不变形。
保证国旗顺利展开是整个国旗展示系统的第一任务，它涉及火工品、压簧、固体润滑等重要环节。“国旗顺利展开、转台转动到位、全景相机正常工作、载荷数据处理器工作正常，这四种设备合力才能保证拍到国旗展开的照片。”周昌义说。
刚抵达月球时，国旗收纳在着陆器里，处于封装状态，需要用火工品起爆解锁。火工品在经历奔月过程的低温和月面的高温环境后，要确保不失效，在140℃的环境下能正常起爆。为此，研制团队将火工品放在-196℃的液氮罐里和高温环境下反复进行了几十次试验，确保它能正常工作。
周昌义说，连接国旗的支架是展旗的关键构件，如果它在月球“掉链子”，其他工作都前功尽弃。月球真空环境冷热交变，展开支架为活动部件，处理不当，很可能发生冷焊（即两块接触金属在太空环境下粘连在一起），导致国旗展开失败。为了解决冷焊问题，科研人员对分系统所有活动部件均采取了固体润滑措施，以保证部件能在月球环境下正常工作。
展旗当天，随着地面指挥口令发出，一面300毫米×200毫米的五星红旗在月球风暴洋的吕姆克山“飘扬”。鲜红的旗帜、金灿灿的五角星光彩夺目，全景相机第一时间记录下了这一珍贵画面。收到照片，北京航天飞行控制中心大厅里响起热烈的掌声。周昌义和团队伙伴都激动得流下热泪，“中国航天的骄傲在这一时刻集中迸发！”他说，上升器起飞前的国旗展示，足以让过去8年无数个不眠不休的日子变得意义非凡。
来源 北京日报
记者 张航
流程编辑 邰绍峰
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