全國首個關於嫦娥衛星的展覽日前在北京天文館正式亮相。圖為嫦娥一號衛星模型。 中新社發 何野萍 攝
北京時間11月27日夜，嫦娥一號衛星搭載的微波探測儀開始工作。
“一切都很順利！”
“利用微波遙感手段對月球進行探測，這在世界上是第一次；提出探測月壤厚度的科學目標也是世界首次。”
承擔該項探測任務的嫦娥一號衛星有效載荷微波探測儀，由中國科學院空間科學與應用研究中心設計並研製，該分系統主任設計師張曉輝近日接受了《科學時報》的採訪。
微波探測目標直指月壤
張曉輝説：“嫦娥一號搭載的微波探測儀的主要任務就是探測月壤的厚度信息，以前在阿波羅號登月的時候曾經採集過月壤，除此之外，再沒有以這樣的科學目標來探測月球。科學目標是我們空間中心的姜景山院士提出的，他很早就參與探月工程的論證工作，是探月工程的幾個發起人之一。”
在美國等國家的探月計劃中，都有從月球帶回月球物質、在月球上建立永久基地，甚至採集月球上的氦-3為地球所用等計劃。
張曉輝説：“氦-3分佈在月壤之中，探測出月壤的厚度信息，就可以估算出氦-3的分佈；此外，探測出月壤厚度比較均勻的地方，也有利於為嫦娥二期工程中的著陸計劃的實施提供參考。”
嫦娥一號衛星搭載的微波探測儀，主體上分3部分：兩套天線和一套微波接收機；微波接收機將接收到的微波信號放大，然後量化，變成數字編碼，傳送給公用系統，返回地面。
“所有高於絕對零度(-273.15℃，理論上説不可能有比這個溫度更低的物體)的物體，都以各種方式向外輻射能量。輻射能量高的比如太陽，我們都能感覺到它的熱量；房間裏的各種物體，也在不斷向外輻射能量。就月球表層和次表層組成來説，包括月塵、月壤和月岩，這三種東西輻射出來的能量是不一樣的，最下層的月岩輻射的能量可以穿透月壤和月塵，通過月表輻射出來，同樣，月壤和月塵也各自都有能量輻射出來。”
張曉輝説：“為了區別這3種不同物質輻射出來的能量，我們設計了4個頻段的微波輻射計：3G赫茲、7.8G赫茲、19.35G赫茲和37G赫茲。衛星在月球表面經過27.3天(月球上的一天)的飛行，這4個頻段的微波輻射計就可以將衛星軌跡下面的月壤普查一次，獲得月球表面微波輻射圖。4個波段的探測可以獲得4張圖，通過差別比較、理論分析和計算，就可以得到月壤在全月球分佈的大致信息。”
從理論上説，37G赫茲的頻段只能接收月球淺表層的月塵輻射出來的能量，3G赫茲的頻段能接收到月岩、月壤和月塵輻射的能量之和，7.8G赫茲和19.35G赫茲的頻段接收的能量輻射介於這兩者之間。
熟悉的儀器 陌生的征程
11月13日，嫦娥一號衛星搭載的各種有效載荷還沒有開始工作。張曉輝在辦公室接受記者採訪時，電話突然響起。
放下電話，張曉輝説：“我們接到通知，開始安排值班了，一個值班點在中科院國家天文臺月球與深空探測科學應用中心，另一個值班點在BACC(北京衛星指控中心)。”
“運行指令事先都已經做好了，並且經過了驗證，一切準備就緒了。”
其實早在神舟四號飛船上，就已經搭載了微波探測儀等類似的設備，對地球海冰的厚度、土壤的濕度、積雪的分佈等各種環境問題進行了成功探測；即將發射的風雲3號衛星也搭載了中科院空間中心研製的微波濕度計，用於測量大氣層的水汽含量，進行天氣預報。
“這些微波探測設備的原理構造都差不多，只是頻段不一樣。”參與過多個微波探測設備設計的張曉輝，雖然對歷經5年時間親手設計的探月專用微波探測儀再熟悉不過，但還是對儀器的首次月球之旅放心不下，“我想馬上就親自看一眼儀器現在是什麼樣子。想要看看探測的數據是否和預想結果吻合，能否獲得一個最佳的探測結果；另外，還要保證不出意外”。
無條件服務整體工程
“有特殊要求就有難度，設計一個地面使用的設備並不難，一旦‘上天’就會有各種限制，其中儀器‘體重’是一個重要因素。”張曉輝説。
根據2003年上半年嫦娥一號衛星的申報要求：除天線外，微波探測設備的總重量不超過規定值。
“那時，8個天線的構想都沒有出來，天線部分的重量就沒有報，後來當嫦娥一號需要搭載的8個有效載荷做出來的時候，才發現總重量超了很多。”張曉輝説，“後來8個天線設計出來的重量不包括在給微波探測設備的總重量上限之內，也就是説8個天線的重量要自己想辦法。”
姜景山院士是整個繞月探測工程副總師，他訂了一條規矩：“哪個有效載荷的重量減不下去，哪個項目就不上了；重量指標分給其他有效載荷。”
張曉輝説：“大家都在‘減肥’，微波探測儀減得比較多一些，到拿出初樣的時候，微波探測儀的體重已經減到了規定限值以下了。”
與“減肥”相比，“歸零過程”也是比較艱難的任務。
“我們的儀器遇到了任何問題，都要‘歸零’處理，有五個步驟：定位準確、機理清楚、問題復現、措施有效、舉一反三。”張曉輝脫口而出，“一旦出現問題，首先要確定是什麼原因引起的；第二要明白，為什麼發生問題；第三，要故意犯一下錯，看問題還會不會出現，確實有問題才可以改；第四，修改的措施一定要有效；第五，還要將類似的情況全都清查一遍，看有沒有類似錯誤，這樣才能真正把錯誤改掉。”
張曉輝説：“話是這麼説，但是有時候真的比較麻煩，如果是經常出現的問題倒好辦了，就怕問題不出現。在正樣製造過程中，儀器中的一塊電路板出現了問題，幾乎所有的檢測手段都用上了，最後發現，一個電焊渣在刷膠的時候留在了漆裏，我們把儀器上所有的電路板都用放大鏡看了一遍。”
微波探測儀研製小組于2003年12月完成了模樣産品，2004年啟動初樣研製，2005年8月正樣設計評審通過，2006年3月正樣研製結束，交付衛星使用。
“大家都很辛苦，工程任務的完成都有一個節點，到哪一步完成哪些任務都有一個時間限制，這在項目開始時就有一個基本框架。不僅是我，中科院所有有效載荷工作團隊都是按照這個框架走。我們要無條件服務整體工程。”張曉輝説。 (作者：祝魏瑋 周瑤)
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責編：喻清卿
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