2020年12月1日22時57分，嫦娥五號探測器的著陸器、上升器組合體開始實施動力下降。38萬公裡外，遠在北京航天飛行控制中心的周昌義，雙眼緊盯著電腦屏幕。幾分鐘後，“直播”開始：降落相機傳回的畫面中，探測器組合體掠過一座座環形山，不斷下降，直至23時11分，穩穩地停在了一片平整的開闊地上。
嫦娥五號著陸器搭載相機環拍圖。 國家航天局供圖
“降落相機初戰告捷，後面就看其他載荷的表現了。”作為中國科學院國家空間科學中心研究員、嫦娥五號任務有效載荷分系統總設計師，周昌義帶領團隊將研製的七類載荷裝入“嫦娥”送上月球，一個任務是在月面上“就位”，“保駕”採樣探月；另一個任務是給月球送去一份來自中國的特殊“禮物”。
48小時後，這兩項任務圓滿完成！
“東方紅一號”觸發航天夢
千裡漢江，自秦嶺南麓起源，一路向東南，最終在武漢匯入長江。進入武漢三鎮前，漢江水停留的“最後一站”名叫漢川。
1965年的夏天，漢川一戶周姓農家再添男丁。樸實的老周給男嬰起名“昌義”，希望他為家族興盛爭光。
這一年，首都北京也發生了一件大事。第七機械工業部制訂的1965至1972年運載火箭發展規劃獲批，中國正式立項研製航天運載火箭，航天建設開啟重要篇章。
常年與地裡莊稼為伴的老周不會想到，多年以後，自家“老三”會以航天為終身事業，把一批批重要的“乘客”裝進火箭，送上太空。
1970年4月24日，我國在酒泉衛星發射中心將第一顆人造衛星“東方紅一號”送入太空，村裡的廣播一整天都在播放喜訊。“什麼是人造衛星？”周昌義問大人。村裡人告訴小昌義，“等你上學了，多學文化就知道了。”小昌義點點頭，這一年他跨入小學。
周昌義很有天賦，無論識字還是算術，一學就會，過目不忘。從村小學、鄉初中，到市裡的高中，他的成績一直名列前茅。1982年，周昌義考入武漢大學物理系光學物理專業，畢業後分配至北京某研究所工作。他的心中，一直珍藏著一份航天夢。
直到千年之交，機會來了。
1999年11月20日，神舟一號飛船成功發射，舉國歡慶。一位同學找到周昌義，“中科院有個單位在做載人航天科研，任務很多，有沒有意向加入？”周昌義毫不猶豫地答應了。轉過年正式調動，進入位於中關村的中科院國家空間科學中心上班。這裡，正是“東方紅一號”的搖籃。
最初，他先去航天城值班，監控航天器的運行情況，負責設備的數據判讀。神舟三號飛船發射前夕，他去酒泉衛星發射中心為有效載荷數管設備保駕護航，在大戈壁一待就是數月。這段經歷讓周昌義更堅定了一輩子幹航天的信念。
進入酒泉基地，周昌義第一次見到了高高聳立的發射塔架，“在大戈壁灘上，幾公裡外就能看見發射塔，太震撼了。”他還參觀了“東方紅一號”衛星發射塔架，沒想到兒時的疑問在這裡找到了答案。當晚回到駐地宿舍，周昌義打開日記本，寫下這樣一段話：我為祖國驕傲，為從事航天事業自豪，將更加牢記航天人的責任與擔當，投入到學習與工作中。
周昌義站在中國暗物質粒子探測衛星“悟空”模型前。本報記者 和冠欣攝
七套載荷總重量僅18千克
在中科院國家空間科學中心，周昌義先後參與了載人航天、雙星計劃以及嫦娥一號、二號、三號、五號等多次重大航天科研任務，積累了豐富的經驗。他和同事設計的星載有效數據管理系統，強有力地保障了神舟飛船一次次遨遊太空，保障了雙星計劃、暗物質粒子探測衛星“悟空”等順利開展各項實驗。
為了嫦娥五號任務，周昌義和同事們足足準備了8年。
2011年，嫦娥五號探月任務正式獲得國家批覆立項。作為探月工程“繞、落、回”三步走的收官行動，它要在月球完成採樣並返回地球，難度極大，之前只有美國和蘇聯取得過成功。2012年，為嫦娥五號任務設計有效載荷分系統的任務交給了周昌義團隊。月球與深空探測工程有很強的科學探測目標作為牽引，周昌義團隊負責的有效載荷分系統就是為了實現科學目標而專門設置的一個分系統，負責把科學載荷研製單位組織起來、把不同的載荷集成起來，統一對接衛星系統或探測器系統。
中國的航天任務向來都是精打細算，每次探測都要儘可能多帶一些載荷設備，一是保障工程目標能更順利地完成；二是要開展科學探測，實現科研目標，提升我國的空間科學水平。
嫦娥五號任務的其中一個科研目標是：開展著陸點區域形貌探測和地質構造勘察，獲取與月球樣品相關的現場分析數據，建立現場探測數據與實驗室樣品分析數據之間的聯繫。這部分工作，主要通過有效載荷分系統的各種設備來實現，“具體來說，我們需要勘察月表形貌和地質構造，探測月球淺層內部結構，分析月表物質成分。”周昌義說，這是真正意義的現場就位探月。
經過反覆論證，有效載荷分系統團隊決定為嫦娥五號探測器配置七類設備，包括國旗展示系統、降落相機、全景相機、全景相機轉檯、月球礦物光譜分析儀、月壤結構探測儀、載荷數據處理器等。周昌義說，這些設備都要精心設計，如降落相機具備兩種成像模式，可以分別拍攝400萬和100萬像素的照片；降落時，每秒鐘成像1幅，每6秒下傳1幅實時圖像。全景相機的最近對焦距離可達0.5米，具備靜態拍照和動態攝影功能，在轉檯帶動下，能實現水平180度、俯仰115度的轉動。此次嫦娥五號探測器落月後，國家航天局發佈了一張落月全景照片，連探測器的支撐腿在月壤表面“站”出的一個淺坑都清晰可見，這就是全景相機的作品。
周昌義說，在設計過程中，重量是有效載荷要嚴控的一大指標，最初分配給分系統的重量是20千克，為保證採樣返回的工程目標，探測器總體將有效載荷分系統重量砍掉了2千克，但功能性能指標不能降。為了減重，各載荷在設計中做到了“剋剋計較”，比如採用鎂合金替代鋁合金，機箱壁採取減薄層疊式設計，採用超輕電纜、採樣輕小型連接器等一系列措施，最終滿足了七套有效載荷總重量18千克的要求。
一次“歸零”耗費三個多月
2012年12月，嫦娥五號有效載荷分系統方案確定，轉入初樣研製；
2015年8月，分系統各套設備初樣研製完成；
2016年5月，各套設備正樣研製完成，轉入整器測試、試驗……
所有工作都在有條不紊地進行。有效載荷分系統的設備具體由七家單位承擔研製，分佈在北京、上海、瀋陽、西安、武漢等多個城市。如中科院西安光學精密機械研究所負責研製全景相機，中科院上海技術物理研究所負責研製月球礦物光譜分析儀。作為總設計師，周昌義需要清楚掌握每套設備的研製進度、質量情況，出差就成了家常便飯，經常上午還在北京開會，下午就出現在了外地研製單位的實驗室。
航天任務，產品質量是生命線，絕對馬虎不得。每到一家研製單位，周昌義都要反覆叮囑科研人員。某單位是第一次參加航天設備研製，管理經驗不足，有一次就埋下了隱患——在將進口齒輪安裝到電機輸出軸上時，隨便將安裝任務口頭交待給電機生產廠家，由工人師傅憑經驗進行操作，結果導致其中一個齒輪頭在打孔安裝過程中開裂。有人提出，廠裡加工的另外幾個齒輪沒打裂，可以替換，問題不大。可週昌義不這麼認為，“一個齒輪打裂了，那其他齒輪會不會有暗傷？如果不搞清楚，恐怕每天都睡不好覺。”
歸零！從零件最初的設計查起：設計方案有沒有問題，零件材料選擇有沒有問題，加工工藝有沒有問題，裝配工藝有沒有問題，生產管理有沒有問題……一一排查。一枚直徑不到1釐米的小小齒輪，引發了技術和管理雙歸零，團隊為這次歸零花了3個多月時間，終於徹底搞清了問題所在，確保了產品質量不留任何隱患。該研製單位的領導感慨：這是一次教訓，也是一次學習，通過這次歸零使我們的管理水平上了一個新臺階。
在地面上嚴苛，就是為了讓設備在月球上不出故障。周昌義說，嫦娥五號任務中，儘管在很多地方進行了可靠性設計和驗證，他們還是為有效載荷分系統準備了27項故障應對預案。一直到任務圓滿完成，這些故障預案無一啟用。
“織物版”國旗首次亮相月球
2017年6月，有效載荷分系統完成第一次出廠評審，然後整合裝入嫦娥五號探測器。但因為種種原因，探測器未能按照原定計劃發射升空。
延遲的這幾年，很多人擔心分系統各項載荷設備的質量會不會下降。周昌義很淡定，“時間多了，我們可以把準備做得更充分。”他堅信，嫦娥五號探月任務“好飯不怕晚”，一定可以圓滿完成。
當然，對於載荷的各項保護措施必須跟上。為保證設備長期貯存，探測器抓總研製單位——中國航天科技集團五院專門建造了一個充滿氮氣的密閉房子，用於存放探測器。之後每隔一段時間，各系統的軟件、硬件都會加電檢測，確保工作正常。
2020年7月，嫦娥五號探測器抵達文昌航天發射場，周昌義帶著試驗隊員隨後抵達，開展發射前測試。雖然信心十足，但任何一個檢查步驟他們都不敢放鬆，逐一確認每項載荷的最終狀態。
11月23日，嫦娥五號探測器發射前一天，周昌義陪同中科院北京分院的領導來到發射塔架下，椰風輕拂，乳白色的長徵五號遙五運載火箭頂端，探測器已經安然“入座”。大家近距離與嫦娥五號探測器作最後告別。
10個多小時後，“胖五”一飛沖天，將探測器送入地月轉移軌道。
2020年12月3日23時10分，順利完成採樣任務後，嫦娥五號上升器攜帶月球樣品點火起飛。告別月球前，嫦娥五號送上了來自中國的珍貴禮物——一面五星紅旗。這是有效載荷分系統的一個關鍵項目，周昌義已經記不清，他帶著團隊為此忙碌了多少個日夜。
周昌義說，早在嫦娥五號任務啟動時，科研人員就在討論如何在月球上打上“中國標識”，大家最後不約而同想到了“亮國旗”——因為它能瞬間激發同胞對祖國的自豪感。
有了好創意，實施的過程卻異常艱難。雖然之前嫦娥三號、嫦娥四號探測器以及玉兔號月球車也曾在月球上展示國旗，不過那時的國旗都是噴塗在探測器上的。這次，科研人員要亮出真正的“織物版”國旗。由於月面環境有很強的紫外線輻射，加上月球表面有著正負150℃的溫差，普通國旗根本無法使用。“地面上使用的普通國旗在月面環境會發生褪色、串色等現象。”周昌義說。
中國航天科工集團航天三江四院九部的科研人員承擔起了攻堅任務。為了確保國旗不褪色、不掉色、不串色、不起褶，他們與武漢紡織大學合作，查閱了大量文獻資料，歷時一年多從幾十種紡織面料中挑選出一種面料，再從幾十種染料中挑選出旗面和五角星的染料和配料，經過無數次印染和熱循環、熱真空、紫外線輻照等試驗，終於摸索出一套旗面加工工藝，確保國旗在月面不褪色、不串色、不變形。
保證國旗順利展開是整個國旗展示系統的第一任務，它涉及火工品、壓簧、固體潤滑等重要環節。“國旗順利展開、轉檯轉動到位、全景相機正常工作、載荷數據處理器工作正常，這四種設備合力才能保證拍到國旗展開的照片。”周昌義說。
剛抵達月球時，國旗收納在著陸器裡，處於封裝狀態，需要用火工品起爆解鎖。火工品在經歷奔月過程的低溫和月面的高溫環境後，要確保不失效，在140℃的環境下能正常起爆。為此，研製團隊將火工品放在-196℃的液氮罐裡和高溫環境下反覆進行了幾十次試驗，確保它能正常工作。
周昌義說，連接國旗的支架是展旗的關鍵構件，如果它在月球“掉鏈子”，其他工作都前功盡棄。月球真空環境冷熱交變，展開支架為活動部件，處理不當，很可能發生冷焊（即兩塊接觸金屬在太空環境下粘連在一起），導致國旗展開失敗。為了解決冷焊問題，科研人員對分系統所有活動部件均採取了固體潤滑措施，以保證部件能在月球環境下正常工作。
展旗當天，隨著地面指揮口令發出，一面300毫米×200毫米的五星紅旗在月球風暴洋的呂姆克山“飄揚”。鮮紅的旗幟、金燦燦的五角星光彩奪目，全景相機第一時間記錄下了這一珍貴畫面。收到照片，北京航天飛行控制中心大廳裡響起熱烈的掌聲。周昌義和團隊夥伴都激動得流下熱淚，“中國航天的驕傲在這一時刻集中迸發！”他說，上升器起飛前的國旗展示，足以讓過去8年無數個不眠不休的日子變得意義非凡。
來源 北京日報
記者 張航
流程編輯 邰紹峰
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