以下是曲少杰的演讲节选:

大家好,我是曲少杰,来自中国航天科技集团五院,也叫中国空间技能研究院,紧张从事各种航天器的总体设计事情。

航天是一项弘大而繁芜的系统工程,利用系统工程的方法,让一个繁芜系统当中的不同组成部分能完美地相互合营、折衷运行,终极达成特定的任务。

建造航天器,须要用到哪些专业?

为了保障航天器立异又稳妥设计师要做什么

以嫦娥六号为例,嫦娥六号探测器由四部分组成,个中,轨道器、返回器组合在一起叫轨返组合体,还有着陆器和上升器,组合在一起叫做着上组合体。
其余,还有鹊桥二号中继卫星,由于在月球背面没法跟地球直接通信,以是须要鹊桥二号在月球背面的天空中作为中转。

这背后就要涉及很多专业。
比方说,在地球和月球之间通信,要用到通信工程专业;着陆器的机器臂在采样和样品之间的转移机构,须要自动化、机器工程这些专业;为了应对月球表面白天和晚上高达300度的温差,着陆器和上升器须要保温,要用到传热学和热能工程专业;还有从地球飞到月球,再从月球飞回地球,这中间这个繁芜的翱翔的轨迹、翱翔的过程,要用到动力学还有轨道设计专业,等等。

我从本科到研究生学的专业都是空间物理。
当时为什么选择这个专业呢?说实话,是服从调处的结果。

我读高中的时候,不像现在网络信息十分发达,当时大家对付自己将来要考什么大学、选什么专业,都没什么观点。

填报高考志愿时,班主任对我说,你的分数可以选北大或清华。

由于当时心里隐约对北大有种“浪漫一点”的印象,我想,那就选择北大吧。

然后我选了当时最热门的打算机专业。
那是1998年,当时最火的便是打算机和生物专业。
由于太热门了,而我的高考总分没有足够高到被打算机专业录取,被调处到了地球物理系。

上中学的时候,我喜好学物理,高二参加全国中学生物理竞赛得到了山东赛区一等奖,高考物理也拿了满分。
不知是不是这个缘故原由,我被调处到了地球物理系。

邮递员把大学录取关照书交到我手中,我打开一看,上面写着“地球物理系”,我十分茫然,心想,地球物理是什么,是修理地球的吗?

后来才明白,我们系里一共四个专业,研究范围由下往上分别是:固体地球物理,研究地壳以下;高层大气物理,研究内容到了几百公里的高度;空间物理,便是当时我所在的这个专业,研究范围扩展到了地球和太阳之间的行星际空间;再便是天文学,研究得就更远了,到了太阳系之外乃至全体宇宙。

大学毕业后,我来到中国科学院的国家空间科学中央读硕士。
2005年硕士毕业时,导师建议我连续读博士。

说实话,当时我内心又有点茫然。
由于我不知道自己所学的这些理论知识究竟能发挥什么浸染、用在什么地方。
比起做纯理论研究,我更想做一些更实际的、能够更快表示出运用代价的事情。

在前辈的指引下,我来到了航天五院。
比较幸运,接下来的20年,也遇上了中国航天奇迹快速发展。
记得刚开始事情的时候,我们几年发射一个卫星,现在每年都要发射几十颗乃至上百颗。

为什么航天器须要做好防护?

航天器包括各种卫星以及探测器、飞船、空间站等。
它们在太空中都会面对太阳风、宇宙射线以及各种粒子辐射,还有比如真空环境、微重力环境等多种环境。

航天器暴露在太空辐射环境,就像人在绵绵小雨中,淋雨韶光长了,身上会湿透,会生病——航天器也一样,会“生病”,会发生故障。
以是,就像我们下雨天出门要打伞,航天器上天之前也要做好防护。

以是,我们在地面上研制的这些航天器,须要采纳必要的防护设计,才能确保它们在太空环境中稳定运行并发挥正常浸染,这便是我们“空间环境适应性设计”要进行的事情内容。
只有不断创新,科技巧力不断进步,而我的事情便是在这些任务创新的同时去保障它们稳妥可靠地实现。

在世界航天史上,卫星受太空辐射环境影响产生故障乃至报废的例子有很多。

举个例子,有部国产电视剧《你是我的光彩》,个中有处剧情是抢救JX-1号卫星,这颗卫星的原型便是我国第一颗气候卫星风云一号A星,发射于1988年。
这颗卫星上天之后,只事情了39天就出了故障,由于太空辐射环境导致它姿态失落去掌握,太阳帆板没法对日定向,而太阳能帆板是要靠太阳能发电。
这样一来,它没法朝着太阳定向,就导致失落去能源,不能发电,卫星就无法事情了。

再举一个例子,2022年2月,美国太空探索技能公司SpaceX发射了一批星链卫星,有40多颗。
结果发射时碰着了地磁暴,地球磁场发生了强烈扰动,导致地球大气密度急剧上升,以是这批卫星在翱翔过程中碰着的大气阻力越来越大,于是轨道高度越来越低,末了超出了设计预期,大略说便是卫星“爬”不上去了。
终极的结果便是这批卫星全部在大气层中坠毁。

讨价还价

航天器进入太空后,一旦涌现故障就很难维修,这就哀求航天器必须有很高的可靠性。
因此各方面的设计都要留出充足的余量,这就会导致本钱增加。

以是,我们在制订各种空间环境设计哀求的时候,定得只管即便准确、精确。
由于如果设计哀求过高,就会造成资源摧残浪费蹂躏;如果定得太低,又会导致设计出来的航天器可能经受不住太空环境的长期磨练,可能提前发生故障,导致任务失落败。

于是,在制订这些设计哀求的环节,常常会涌现类似“讨价还价”的情形。

举个例子,大家可能会在新闻里看到,嫦娥六号在月球上展开了一壁国旗。

这个展开机构的浸染就表示在国旗展开的那一下,展开结束它就不再事情了;还有分离监视相机,用来监视两个组合体的分离过程,把这个画面拍下来再传回地球,以是只须要在分离的那几分钟事情。

类似这些短期事情的设备,由于不须要耐受永劫光的环境磨练,以是我们对它们的环境设计哀求就会相应降落,以便节约资源和本钱。

在可靠中创新

航天事情总是不断追求创新的。
这一点,在我国嫦娥探月工程里面表示得淋漓尽致。

嫦娥工程有个不成文的传统:偶数任务是奇数任务的备份,两者并行开展研制,同时研制完成,如果奇数任务失落败,偶数任务可以急速接替它去完成。
但是任务都成功了,那么偶数任务就要改变原来既定的任务,去实行新任务。

比如,嫦娥一号和二号设计的任务都是环抱月球运行,一号圆满成功了,以是嫦娥二号就有了新任务:去了间隔地球一千多万公里的小行星,图塔蒂斯;嫦娥三号在月球着陆成功了,那么四号就要改变任务,到月球背面着陆;嫦娥五号成功采样返回地面,那么六号就要去月球背面采样。

嫦娥三号任务着陆器和玉兔一号月球车分别用自身携带的光学相机为对方拍了一张照片,但是它们两个没有在一起的合影,由于没人给它们拍。

到天问一号火星探测任务的时候,设计师们就想了一个办法:在祝融号火星车的肚子下方装了一台Wi-Fi相机,让祝融号火星车带着这个Wi-Fi相机走出一段间隔,把相机放在火星表面,然后祝融号返回着陆器阁下,由远处的Wi-Fi相机为它们拍摄了这张合影。

嫦娥六号任务里也有一张合影,是着陆器和上升器的合影。
这次,我们的设计师又脑洞大开,在着陆器外侧安装了一个大约五公斤重的自主智能机器人,一个小机器人,可以自己移动。
嫦娥六号在月球背面完成采样任务后,这个小机器人就自己从着陆器上分离下来,落到月球表面,然后自己移动到远处,自己探求适宜拍摄成像的角度,然后为着陆器和上升器拍摄了这样一张合影。

为什么要从事航天?

曾有人问我,我们为什么要发展航天?

我想,可以用航天之父、苏联火箭专家齐奥尔科夫斯基的一句名言来回答这个问题,他说:“地球是人类的摇篮,但是人类不可能永久生活在摇篮里”。

航天是未来的选择。
在我个人从业的近20年里,经历了神舟飞天、嫦娥探月、天问探火……每当自己参与的这些重大任务圆满完成,心底的那份自满感和造诣感见告我:我热爱这份职业。

而且,航天奇迹须要很多专业一起来参与,比如机器、电子、通信、打算机、自动化等等,也非常欢迎大家有朝一日来加入我们的军队,为航天奇迹贡献一份力量。

接下来我想跟大家分享一张照片和两段我很喜好的话。

这张照片有一个名字,叫“暗淡蓝点”,是1990年2月14日由旅行者1号探测器在间隔地球64亿公里之外的太阳系边缘拍摄的。

很巧的是,地球恰好就在靠近太阳的一条橙色的散射光芒中间。
这道橙色的散射光芒起到了滤光镜的浸染,由于橙色是蓝色的补色,橙色滤镜可以将地球在照片中变成白色,在这个天然滤镜的帮助下,我们才勉强能察觉到这个光点。

在迢遥的旅行者1号眼中,在广袤无垠的宇宙中,在一片无尽的阴郁里,地球只是一个难以被察觉的小小的亮点,只有不到一个像素那么大。
参与旅行者操持的科学家之一、天文学家卡尔·萨根曾用这样一段话来描述这张照片,他说:

“那个亮点,它就在那里,那便是我们的家园。
你所爱的每一个人,你所认识的每一个人,你所听说过的每一个人,曾经存在的每一个人,都在它上面度过了生平。
我们所有的欢快与痛楚,人类历史上数以千计的自以为是的宗教、意识形态和经济学说,每一个猎人与匪贼,每一个英雄与懦夫,每一个文明的缔造者与毁灭者,每一个国王与农夫,每一对年轻的情侣,每一位母亲和父亲,每一个满怀希望的孩子,每一个发明家和探险家,每一位德高望重的西席,每一个腐败的政客,每一个超级明星,每一个最高领袖,每一个贤人与罪犯,都在那里——那颗飘浮在阳光中的尘埃。

还有一段话我很喜好的话也分享给大家,来自哲学家康德,他说:

“天下上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵,一件是我们心中崇高的道德准则,另一件便是我们头顶上残酷的星空。

作者:中国空间技能研究院研究员曲少杰