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欧阳自远:点亮中国人的探月梦

  • 作者: 神剑
  • 来源: 归一文学
  • 发表于2023-11-09
  • 热度23723
  • 张巧玲

      

      50年前,1969年7月16日,美国“阿波罗11号”飞船点火升空,历时5天,登陆舱在月球静海地区着陆,尼尔·阿姆斯特朗和艾·奥尔德林两位宇航员相继踏上月球表面,开创了人类航天史上首次登陆地球以外的另一个天体的新纪元。

      如今,我国已经成功实施了嫦娥一号、二号、三号、四号任务并即将发射嫦娥五号,中国人千年奔月的梦想正一步步“点亮”……

      摆放摄影灯、搭景……短短十几分钟的功夫,办公室就变成了一个简易的摄影棚。然后是从早8点一直到中午12点半,持续4个多小时不间断的采访、拍摄。工作人员订的午餐,摆放在办公桌上,顾不得吃上一口,下一拨拜访的人就已走进办公室。整个下午还将有两拨拜访的人。

      如果不用出差,这就是他的工作常态。更多的时候,他不是在出差的路上,就是在去做科普报告的路上。

      近期,随着我国嫦娥四号任务的成功实施、嫦娥五号发射在即,让原本就非常忙碌的他,工作日程排得更加紧凑。

      他就是我国著名的天体化学与地球化学家欧阳自远。年近85岁高龄的他仍日复一日地活跃在工作岗位上。有人将他誉为嫦娥之父,但他一再澄清:“探月是全体嫦娥工程人员团结奋战的集体成果,我何德何能受得起这一称呼!”也有人说,称他为“中国探月工程的领路人”,对于这一称呼,无论他怎么推辞都是实至名归。

      从三十五年的积累研究,到十年的论证之路,再到胜任中国探月工程首任首席科学家,以及卸任之后担任中国探月工程领导小组高级顾问,欧阳自远的一生都在与“月球”打交道,他几乎将毕生精力都奉献给了中国探月,同时他也在逐步点亮中国人心中的探月梦。

      三十五年的“天石”情缘

      第二次世界大战结束后,全球很快形成了东西两大阵营:以苏联为首的社会主义阵营和以美国为首的资本主义阵营,两大阵营在政治、军事、科技等各个领域展开了全面的竞争,并进行了长达40多年的冷战。其中,他们深刻认识到航天技术对增强国家军事能力、扩大政治影响、推动高技术发展所带来的巨大作用,因此,从20世纪50年代后期到70年代后期,两国展开了激烈的太空竞争。

      1957年10月4日,苏联领先美国一步,成功发射了人类第一颗人造地球卫星——“人造卫星1号”,而这一壮举同时也标志着人类太空时代的到来。

      苏联人造卫星的成功发射,在全世界都引起震惊,此时年仅22岁的欧阳自远也受到极大的振奋:“这是人类开辟了空间的时代。”

      欧阳自远当时正在我国著名矿床学家、时任中科院地质研究所研究员涂光炽名下攻读副博士研究生。“我当时主要是研究长江中下游矽嘎岩型铜铁矿的成因”,欧阳自远说。这是他大学毕业论文《河北兴隆寿王坟矽嘎岩型铜矿的成因》的延续。而出生在医学世家的欧阳自远之所以会在报考大学的时候选择地质专业,只有一个很简单的原因:1952年,我们年轻的共和国刚刚成立不久,国家提出要建设一个工业化的国家,最缺少的是矿产资源和能源。国家号召年轻的学子们要去“唤醒沉睡的高山,为祖国献出丰富的矿藏”。这一句话深深地打动了他,下决心学地质,去找矿!

      不过,1957年苏联人造卫星的发射,却让欧阳自远对地质研究有新的认识,欧阳自远说:“我们就像一只小蚂蚁在地球上艰难地爬来爬去,卫星是个好东西,它两个小时就可以围绕地球转一圈,可以逐步把整个地球看清楚,对地球的了解也是整体、综合的了解。而且有了卫星,以后找矿更容易。”

      然而,对于20世纪50年代的中国来说,发射卫星还是件很遥远的事情。事实上,除了中国,大部分国家都缺席于美苏的首轮太空竞赛。

      但欧阳自远对此并不灰心:“我想可以先做点准备,我相信中國总有一天会发射自己的卫星,一定能进入空间时代。”

      从1957年开始,他便开始关注空间的研究,主要关注人造卫星对地球的观测和对月球、火星、金星、太阳和小行星的探测。对于他来说,当时只有一样东西可供研究,那就是“天外来客”——陨石。

      1958年,全国大炼钢铁,很多铁陨石被当作铁矿石融化,但怎么也融不掉,后来欧阳自远发现了这些陨石,并作了几年研究,中国系统发表关于陨石的科学研究文章从此开始。

      1958年,美国和苏联开始探测月球,欧阳自远又有了新的思路。在欧阳自远看来,地球是太阳系八大行星中的一个,要搞清楚地球的起源和演化,也应去研究和了解它的“兄弟姐妹”。就像研究一个家庭中的一个成员,必须深入地了解整个家族的遗传因素以及每一个成员独立的生存环境和演化过程的差异。要深刻认识和研究地球就一定要对地球、月球、金星和火星等天体进行比较研究。

      1960年,欧阳自远在地质所建立了天体化学与核子地球化学研究组,整个研究团组正式开始跟踪研究月球探测动态和成果,我国地外物质——陨石的系统研究也从此正式开始。

      1966年欧阳自远又带领建立天体化学研究室,继续跟踪研究月球探测动态和成果,在我国逐步建立了陨石学和天体化学学科。

      之后,中国矿物岩石地球化学学会和中国空间科学学会分别成立了天体化学和空间地质学专业委员会,通过系统了解苏、美两国月球探测的进展,综合分析深空探测的技术进步与科学成果,在我国逐步介绍月球科学和行星科学的成就与进展。

      在谈及中国后续启动的月球探测工作时,欧阳自远认为,中国的月球探测工作不是无源之水、无本之木,“我们首先经历了35年的跟踪研究与积累,同时也培养出一支天体化学与行星科学的研究队伍”。

      事实上,系统了解苏联、美国两个国家月球探测的进展,综合分析深空探测的技术进步与月球和行星科学的研究成果,适时总结与展望深空探测的走向与发展趋势,密切结合中国国情,如此,中国在确立探月科学目标时就已打下坚实基础。

      邂逅壮丽的陨石雨

      “1976年3月8日,三个大火球从天而降,绽放出耀眼的光芒,并带着隆隆的雷声划破天际。它在我国吉林市上空爆裂后,形成了一场蔚为壮观的陨石雨。”

      2013年1月,欧阳自远撰文《吉林陨石雨考察37年感怀》,回忆对他来说最重要的一次科研经历,尽管时隔多年,但所有的情节仍历历在目。

      这场陨石雨给科学家们带来了一次前所未有的研究天外来客的绝佳机会。陨石坠落后,中国科学院组织全国的科研队伍组成了“吉林陨石雨联合考察队”,任命欧阳自远为“队长”,对吉林陨石雨开展了系统的野外考察和实验室精细研究。

      当时,在欧阳自远的建议下,考察队邀请了中国科学院地质研究所张培善、陶克捷,地球化学研究所谢先德、王道德、戴橦模、周小霞,紫金山天文台王思潮,北京天文馆卞德培、伊世同和北京大学张淑媛等专家、学者加盟。他们分别是矿物学家、岩石学家、地球化学家和天文学家,研究领域覆盖了与陨石相关的专业。此外,中国科学院还邀请了新华社记者,中央新闻电影制片厂、北京科教电影制片厂、上海科教电影制片厂和长春电影制片厂的人员随同科学考察队工作。

      通过一周的现场考察,考察队对吉林陨石雨有了进一步的了解,并大致得到了一些结果。在1976年3月8日15时,吉林陨石母体冲入大气层后,在距离地面大约19千米的高空爆裂成大大小小的碎块向地面撒落。其中三个最大的碎块,在全部碎块的最前端飞行,形成三个火球突然出现在吉林市的上空,第一个火球形同满月,后面跟着两个足球大小的火球,从东偏南方向朝着地面降落,有百万人看到当时的奇异天象。当时,这三个火球光芒耀眼,后面拖着不长的尾焰,还伴随着巨大的、震耳欲聋的爆炸声和持续比较长时间的隆隆轰鸣声,最终降落在陨石分布区的最西端。陨石碎片的分布区长72千米,宽8千米,分布面积近500平方千米,是世界上最大规模的陨石雨。而且陨石是按重量依次分布的,具有典型的规则分布。从陨石的矿物组成、结构构造来看,吉林陨石属于普通球粒陨石。

      在这三个火球中,“吉林一号”陨石飞行在最前端,落地时撞出一个直径2米的坑,穿过了3米厚的冻土层,埋在地下6.1米深处。根据当地地震台的记录,一号陨石的着地时间是1976年3月8日15时2分36秒。它重达1770千克,是世界上最大的石陨石。

      经过详细的现场勘测,考察队又在吉林省市科技部门的大力协作下,取得了大量的研究数据。收集到大小陨石标本138块,陨石总重量2700多千克;其中除最大的1770千克外,第二块也有400多千克,第三块是123.5千克,第四块80千克,撒落在最末端最小的一块只有1克。

      据考察队初步分析鉴定,这次降落的陨石,形态多样,含40余种矿物,主要是辉石、橄榄石,少量为铁纹石、镍纹石、磁铁矿等金属矿物,具有典型的球粒结构,故定名为“橄榄石——古铜辉石球粒陨石”。这些陨石所含的化学元素,经分析测定主要有硅、镁、铁、硫、镍、铝等。

      吉林陨石雨无论是数量、重量、撒落的范围,以及排列的规律,都创下了世界之最,它对天文学、行星科学、高能物理、天体化学、太阳系演化史、地球史等方面的研究,都具有非常重要的价值。

      无独有偶。同年的9月12日,天空中再次突然出现几条巨大的火龙,从云南开始,经贵州,入四川,直到重庆一带才消失。欧阳自远听闻后兴奋不已:又一场陨石雨降临了!他第一时间组织了13支队伍去寻找陨石。但遗憾的是,虽然这场陨石雨范围更大,由云贵高原到成都平原,最后他们只在贵阳附近的清镇县(现清镇市)的一个小镇上找到了很小的两块。

      经分析,这两块陨石是很特殊的陨石,是世界上极为珍贵的顽火辉石球粒陨石,它是在靠近太阳附近形成的,其形成条件、形成环境对人类认识太阳系的起源、地球的起源都极具价值,目前世界上只找到几块这样的陨石。

      欧阳自远说,1976年这两场陨石雨,尤其是吉林陨石雨,是中国陨石研究的里程碑事件。他们组织的全国性联合科学考察组,对吉林陨石雨进行了深入而系统的综合性研究,并取得了众多科研成果,发表了近百篇具有国际先进水平的论文,特别是在国际上首次提出“吉林陨石多阶段宇宙线暴露历史”和“吉林陨石形成演化模型”等,该研究成果已成为目前国际陨石学研究领域的一个经典模式。

      不仅如此,在此后的近十年中,欧阳自远在《中国科学》《地球化学》等刊物上发表了50余篇研究论文,主编了《吉林陨石雨论文集》和《月质学研究进展》。他作为第一作者提交的《吉林陨石综合研究》成果,还荣获了1985年中国科学院科技进步一等奖、1987年国家自然科学奖三等奖。

      更为关键的是,中国的陨石研究自此进入系统的研究,中国科学家不仅提出了世界上最为完整细致的陨石形成演化模式,与此同时我国还培养了一支高水平的陨石学和月球行星科学研究队伍,开創了我国陨石学与天体化学研究的新阶段。

      “阿波罗”的诱惑

      之所以如此重视陨石研究,欧阳自远认为,要更深入地研究地球应“跳出地球看地球”。在陨石研究方面,月球陨石样品和阿波罗月球样品是欧阳自远陨石人生中又一份意外收获。

      1958年至1976年,美国和苏联在首轮以月球探测为中心的空间竞赛中,共发射了108个月球探测器,成功或部分成功65个,成功率约为60%。1969年7月,美国阿波罗11号飞船实现了人类首次登月,紧接着阿波罗12号、14号、15号、16号、17号和苏联的“月球16号”、20号和24号进行了载人和不载人登月采样,共采集381.7千克月球样品和海量科学数据,月球探测取得了划时代的成就。

      尽管欧阳自远也一直跟踪研究阿波罗的相关研究成果,但他从不敢妄想自己能有机会对阿波罗样品展开研究。

      “35年的跟踪研究主要是综合分析、提炼美国和苏联的月球探测、行星探测、太阳系探测的探测结果。虽然我们也有自己的看法,但第一手资料是人家的。”欧阳自远这样回忆。

      1978年,一份意外的收获从天而降。5月,美国总统安全事务顾问布热津斯基代表卡特总统向华国锋同志赠送了一块仅有1克重的月岩样品和一面由美国宇航员带上月球的中华人民共和国国旗。

      事后,华国锋将月岩样品交给国务院办公厅,国务院办公厅立刻在全国寻找能对该样品进行研究的科学家,后来得知欧阳自远团队正在做这方面的研究,就通知他们到北京取回样品并进行分析测试和研究。

      “由于样品压铸在半圆形凸透镜状的有机玻璃内,只能在超净手套箱内进行样品分装,取出后样品只有一克重。当时我们决定用0.5克样品完成全部分析测试与研究工作。”欧阳自远回忆。为了完成这些工作,他们联合国内的中国科学院原子能研究所、原子核研究所、长春应用化学研究所、高能物理研究所、昆明冶金研究所和上海石油化工总厂共同进行分析测试与研究。

      通过系统研究,他们最终确认这是阿波罗17 B型高钛月海玄武岩,确定样品编号为70017-291,补充了70017的化学成分、矿物成分、表面结构、形成环境等新资料,并极大地促进了我国月球科学的发展和微量微区分析技术的进步,共发表研究论文14篇。留下的0.5克月球岩石样品送交北京天文馆展出,供公众参观。如今这0.5克样片仍陈列在北京天文馆的展厅中。

      令欧阳自远欣慰的是,他们的研究成果得到了中国科学院和国务院办公厅的表扬。论文发表后,美国、英国、日本、印度等国家的学者来信索要论文复印件。国际陨石学会、国际月球和行星科学大会期间,不少学者还与之交谈,表示:“你们的工作很系统,数据很不错,证明你们的微粒、微量分析测试水平提高很快。”

      回想这段经历,欧阳自远感慨说:“我们的微粒、微量分析测试水平提高很快。假如我们没有之前几十年的积累,我们也不可能有机会研究真正的月岩了。”

      通过几十年的陨石研究,以及对“阿波罗”等月球探测工程的跟踪研究,欧阳自远对月球探测和太阳系探测有了深入而系统的认识。

      “第一次月球探测高潮取得了系统、丰富的科学成果,但对月球主要科学问题的认识仍是极其肤浅的。”欧阳自远说,宇航员在月球上进行过实地勘察与取样的位置仅有6处,在月球表面不载人自动采样的位置仅3处。即便加上人类对月球进行软着陆就位探测和不载人月球车巡视勘察,总共也仅有19处。通过这些探月活动,人类对月球的表面形态与地质构造、月壤的物理化学性质与特征、矿物岩石的成分与结构和月球附近的空间环境等有了基本了解。

      遗憾的是,这些样品都是在月球朝向地球一面的低纬地区获得的,而在月球的另一面和两极地区,还没有获得样品。因而,人类对月球的了解仍存在很大的局限性,对一些月球主要科学问题的认识,如月球大氣层的来源与成因、地形地貌类型的划分、地月空间环境与月球表面环境的特征、月壤的形成与组成、地质构造的特征、岩石类型及其分布规律、月球内部结构与物理场、月球的演化历史与重大事件、月球起源等,仍然存在着许多令人困惑未解的问题和诸多争议。

      时至今日,通过长期积累,欧阳自远等研究人员相继出版了一系列专著和论著,如先后编写出版了《月质学研究进展》《天体化学》《行星地球的形成与演化》《空间化学》《月球科学概论》《火星科学概论》等10多部学术专著,在国际、国内各类学术期刊上发表月球和天体化学论文300多篇。天体化学和比较行星学两个分支学科在中国也逐步形成。

      与此同时,以欧阳自远为主,中国与国际社会更加频繁地开展了天体化学方面的合作研究,从1982年起,欧阳自远数十次应邀到原联邦德国、美国、英国、日本、苏联,与各国著名学者合作开展相关研究。

      历史转折点

      第一次月球探测的高潮,是美国和苏联在冷战的背景下开展的以月球探测为中心的空间竞赛。冷战结束后,全球的月球探测进入了平静期。

      “阿波罗计划的实施,显示了美国的经济实力和技术能力,确立了美国的全球霸权地位,大规模的月球探测热潮暂告一段落。”欧阳自远介绍,阿波罗计划结束后,从1976~1994年长达18年的时间里,世界上没有进行过任何成功的月球探测活动。

      1989年历史出现转折。当年7月20日,在人类首次登月20周年的纪念大会上,美国总统老布什号召美国在月球上建立长期驻留的永久基地,以此作为向火星进发的出发点,最终实现登陆火星的宏大计划。随后,美国、欧洲空间局、日本等随即开始启动了“重返月球”计划的研究与制定工作。

      1990年,日本向月球发射了“飞天号”探测器,用于探测地月空间环境,并从该探测器上释放了“羽衣号”月球轨道器进行环月观测。遗憾的是,“羽衣号”月球轨道器并未取得实质性的成果。

      1994年和1998年,美国成功发射了“克莱门汀”和“月球勘探者”号月球探测器,对月球形貌、资源、水冰等进行了探测,奏响了人类重返月球、建立月球基地的序曲。1995年,美国推出了面向21世纪的全新而完整的探月规划。

      欧洲空间局也在1994年提出了重返月球、建立月球基地的详细计划。其他国家,如印度在1999年10月由印度空间研究组织组织了月球探测的科学目标和探测仪器需求的研讨会,2000年2月,印度太空航行学会又组织专家讨论了月球探测的可行性,随后印度空间研究组织启动组织月球探测工程的预先研究,很快,印度的月球计划正式启动。

      由此可见,在新的历史时期,月球探测已经成为各航天国家空间探测的重点,而且可以断定,月球探测的新高潮已经到来。

      欧阳自远认为,未来深空探测,也就是太阳系探测的重点转移到以月球和火星探测为主线,中国也应该积极参与进来。

      事实上自1970年中国成功发射第一颗人造地球卫星以来,此时的中国运载火箭、应用卫星、试验飞船技术都有了飞速的发展,为我国启动月球探测工作打下了坚实的技术基础。

      1992年,同样经过长期酝酿和论证的我国载人航天工程终于尘埃落定,正式获准立项,代号“921”。“921”的实施向世人宣告,中国航天事业步入一个全新的阶段,而“计划用十年时间把人送上太空”的决心,某种程度上彰显了中国航天的实力。这让欧阳自远振奋不已,他深切感受到启动中国“探月梦”的时机已经趋于成熟,中国开始具备参与新一轮月球探测热潮的能力也已崭露头角。

      在分析中国航天发展的脉络时,欧阳自远说,应用卫星、载人航天和深空探测是航天领域的三大组成部分。中国走了一条将应用卫星放在发展目标首位,随后突破载人航天技术,进而开展深空探测的道路。

      而月球探测是深空探测的首选目标,“国际上重返月球的计划当时尚处于起步阶段,正是我们迎头赶上,一举摆脱中国月球探测落后局面的大好时机。”欧阳自远如是说。

      坎坷的论证路

      中国千年奔月梦的实现仿佛已近在咫尺,可谓箭在弦上。然而,要想真正使中国探月计划获得理想的效果却非朝夕之事。

      20世纪90年代初,除欧阳自远外,也有许多其他的科学家开始认识到中国应该积极开展月球探测工作。1991年,时任“863”计划航天领域首席科学家的闵桂荣院士就提出中国也要搞月球探测的建议,并成立了“863”月球探测课题组。

      1992年“921”获准立项后,国内的航天热潮开始兴起,中国空间学会趁热打铁,立即申报了一个关于中国空间探测设想的“863”软课题,并很快获得了5万元的经费资助。

      中国空间探测设想究竟该提哪些内容?空间学会的负责人找到时任空间学会副理事长兼空间化学与空间地质学方面的委员会主任欧阳自远,向他征求意见。此时,早已对深空探测问题有过系统研究的欧阳自远胸有成竹,而且已经有了清晰的思路。他建议,我国的空间探测设想应从月球探测与火星探测两方面进行详细论证。

      最终,月球探测部分交由欧阳自远负责论证。火星探测交由另一个院士负责。接过重任,欧阳自远立即组织人马对中国开展月球探测的必要性和可行性开展系统论证。

      欧阳自远回忆了一段“小插曲”。在1993年时,国家航天局曾组织专家论证,利用因其他任务延迟而空余的一枚长征-3甲火箭,希望在1997年香港回归之际发射一颗人造物体硬着陆月球,以此向香港回归献礼。但最终这一计划因探测的科学目标不明确,缺乏先进性,加之经费需求过多而夭折。

      这一“插曲”也让许多人意识到,航天工程并非“儿戏”。时任全国政协副主席、中国工程院院长的宋健院士得知歐阳自远在领衔开展中国月球探测的必要性和可行性的论证工作时,就语重心长地对他说:“你们要提出新的月球探测规划和实施计划,首先要研究设计好科学目标。科学目标要有先进性、创新性和可行性,要紧密结合国家的综合能力并推动科学技术的创新与发展;在经费需求上,要精打细算、实事求是。”

      宋健院士的这一嘱咐和期望最终成为设计我国月球探测计划的重要指导原则。1993年,863的课题“中国月球探测的必要性与可行性研究”被正式立项。中国的探月计划的论证工作从此开始迈出实质性的步伐。

      1994年,欧阳自远和中国空间技术研究院的褚桂柏等专家经过1年多的工作,完成了第一份较为完整的“中国月球探测的必要性与可行性研究”报告。他们通过分析国外月球探测活动发展状况,探讨了我国开展月球探测的必要性,提出我国月球探测的项目与任务,论述了我国开展月球探测已具备的条件,提出开展月球探测发展阶段设想、第一阶段月球探测的科学目标和第一颗月球卫星的方案设想。

      之后,国家“863-703”项目又支持开展“中国月球探测的长远规划与发展战略”的研究,经过中科院地化所和中科院空间中心的共同努力,1998年完成了我国月球探测发展战略的研究项目,提出开展我国月球探测发展规划的初步设想。

      在此基础上,中国科学院也启动了知识创新方向性项目,支持以欧阳自远为中国科学院首席科学家的研究团组开展“我国月球资源探测卫星科学目标研究”。2000年,研究团组完成了《我国月球资源探测卫星科学目标》的研究报告。

      该研究成果在2000年8月通过由王大珩等9位院士以及包括当时的总装备部、航天科技集团、科技部、中科院、高等院校等单位多位专家组成的具有广泛代表性的科学家和航天专家论证与审核组的论证、评审,并得到充分肯定。该成果提出了现今被广泛接受并作为立项目标的三步走(即环月卫星探测、软着陆探测和月球取样返回)的设想。

      令欧阳自远欣慰的是,他们所提出的月球探测一期工程科学目标和有效载荷配置方案全部成为之后立项启动的绕月探测工程的科学目标和有效载荷研制总要求。

      2000年11月,喜讯来临,国务院新闻办公室发表《中国的航天》政府白皮书,其中“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”被列入近期发展目标之一。这是在对中国空间科学与航天技术预先性研究的基础上,以及分析国际深空探测特别是月球探测发展趋势的基础上,国家作出了一项重要战略性决策。

      在国家大政方略的激励下,2001年,中国科学院军工办再次启动创新性方向项目“月球探测关键科学技术研究”。

      2002年10月17日,在中央专委会上,时任国务院总理的朱镕基同志提出要尽快实现月球探测,抓紧月球探测论证工作,月球探测卫星工程已提上议事日程。

      2003年,欧阳自远研究团组完成了《月球探测关键科学技术研究》报告。该研究报告在系统分析国际月球探测现状与发展态势的基础上,详细论证了我国开展月球探测活动的意义、必要性和可行性,首次提出开展我国月球探测工程分阶段进行的总体规划和基本构想,具体设计了我国月球探测一期工程的科学目标和有效载荷配置方案,并提出轮廓性的卫星研制总要求、轨道设计和测控通信方案。

      据悉,报告还同时重点对一些关键技术进行了先行攻关,使得绕月探测工程立项后的上述相关研制任务在时间紧、任务重的情况下,完全按照工程总体的进度要求进行。

      雷厉风行的“铁三角”

      2003年2月28日,国防科工委召开了月球探测工程预发展会议,宣布月球探测工程进入预发展阶段,并宣布成立以栾恩杰为绕月探测工程总指挥、孙家栋为总设计师、欧阳自远为首席科学家的3人领导机构,负责月球探测工程预发展阶段的相关事务工作。后来,三人组合被人们形象地称为“铁三角”。

      殊不知正是這个特殊的“铁三角”组合决定着中国月球探测的前行的“脚步”,也深刻影响着十几亿中国人探月梦的最终实现。

      “我们3个人有幸在一起合作,配合得特别好。”谈起“战友”,欧阳自远嘴角总是露着微笑,欧阳自远说,他们三人的相识、相知,直至建立起战友般的深厚友情,皆因为嫦娥工程。有时候欧阳自远会笑着说:“我们是最佳搭档。”

      欧阳自远深知,虽然经过多年的研究和论证,到2000年,虽然他们已经完成《我国月球资源探测卫星科学目标》等一系列重要报告,但这只能说是我国月球探测的“蓝图”。

      要把蓝图变成现实,还必须得到国家的认可和支持,进而让中国探月的相关工作从科学家的自发行为变成国家的自觉行动以及全民的奋斗目标。为此,欧阳自远时刻在寻找时机。

      2000年下半年,欧阳自远有幸应邀参加《中国的航天》白皮书的讨论,他趁机在讨论会上提出了“应在白皮书中增加‘中国开展月球探测论证的内容”。这一大胆建议,引起了时任国家航天局局长、国防科工委副主任的栾恩杰的浓厚的兴趣。栾恩杰让人找到欧阳自远,“他让我另找时间向他详细汇报相关情况”。

      尽管早已胸有成竹,但对这次汇报,欧阳自远还是作了精心的准备。他回忆说,那天(具体哪月哪日——对不起我也记不清),他在时任国防科工委运载处处长郝希凡的带领下,来到栾恩杰的办公室。

      “来来来,我要听听你对月球探测有什么想法?我们该怎么弄?”一见到欧阳自远,栾恩杰就迫不及待地直入主题。

      从中国开展月球探测的必要性、可行性、长远规划、发展战略,到首次月球探测的科学与技术要求以及具体该如何进行,欧阳自远都向栾恩杰作了详尽汇报,这次谈话整整持续了两个多小时。

      当欧阳自远谈到中国月球探测的长远规划和发展战略,即把中国月球探测分为无人探测、载人登月以及开发和利用月球资源,建立月球基地,其中无人探测又分为“环月探测”“落月探测”“取样返回”时,栾恩杰打断了他:“欧阳,你说的这些我都同意,但一定要简明,并能使领导和老百姓都能印象深刻和记住,我给你精炼一下,‘环月探测‘落月探测‘取样返回简称‘绕‘落‘回!”

      听完汇报,栾恩杰显得异常激动和兴奋,他当即表态:“这一定是中国最好的方案,我无论如何要在中国把月球探测搞起来。”

      更让欧阳自远兴奋的是,栾恩杰说干就干。“我立即给你请个专家来,你给他也汇报一下,这样这个事情就能搞成,以后我会直接支持你,有什么困难你直接来找我。”这无疑是栾恩杰给欧阳自远吃的定心丸。

      而栾恩杰之所以如此兴奋,主要是他感觉到,中国航天又找到了一条路。“我感觉汇报很有成效。”欧阳自远说。不过此时的欧阳更好奇,栾恩杰给他介绍的这位“专家”究竟是谁?

      过了两天,谜底揭开!郝希凡告诉欧阳自远,“这个人叫孙家栋。”

      孙家栋,出生于1929年,运载火箭与卫星技术专家、中国科学院院士、国际宇航科学院院士、西安电子科技大学空天研究院院长、航天科技集团公司高级技术顾问、国家航天局特别顾问、总装备部科技委顾问。历任国防部五院一分院设计部研究室主任、七机部五院院长、航空航天部副部长、中国航天工业总公司科技委主任等职。与欧阳自远结识时,孙家栋刚于1999年荣获“两弹一星”功勋奖章。

      遗憾的是,对航天并不熟悉的欧阳自远,当时对“孙家栋”一无所知。但他感觉应该相信栾恩杰的判断。而且他还得知,栾恩杰已有意请孙家栋“出山”,担任中国首次探月计划的总设计师。

      “给孙家栋的汇报更仔细,我们一共谈了三四次,每次谈完都要交换意见,比如,对于美国、苏联探月做过什么,怎么干的。”欧阳自远回忆说。

      最后听完汇报,孙家栋对欧阳自远说:“干了!下决心了!”

      2007年,当嫦娥一号任务成功实施后,孙家栋回忆当年的决定时不得不坦承:这是他这辈子作出的最后一个圆满的决定!

      三位老人的“握手”让中国探月工作真正步入了准备实施的阶段,一切工作迅速步入快车道。

      从2002年12月起,成立了以孙家栋为组长、欧阳自远为副组长的“月球探测一期工程综合立项论证组”,孙家栋正式接受栾恩杰的委托,组织来自航科集团、中科院、总装备部、高等院校等部门的200多位专家,在已有调研、分析与论证基础上,开始“月球探测一期工程的综合立项论证”工作。

      整个论证过程采取集中讨论、分析、论证和分散调研、补充、完善的两种方式交替进行,以围绕实现科学目标为出发点和使用成熟技术为前提,对卫星平台技术、运载火箭、测控能力与技术等各个方面的技术可行性、技术方案、工程进度的可行性以及目前存在的关键技术问题等进行了全面、细致和充分的分析、论证。

      经过4个多月的连续作战,2003年3月,他们顺利完成了绕月探测工程的综合立项论证工作,并提交了《月球探测一期工程综合立项论证报告》和7个附件。

      而在此前的2003年2月28日,国防科工委在召开的月球探测工程预发展会议上,正式宣布月球探测工程进入预发展阶段,并宣布成立栾恩杰、孙家栋、欧阳自远3人领导机构,负责月球探测工程预发展阶段的相关事务工作。

      2003年4月,国防科工委下达了月球探测工程关键技术攻关重大背景型号预研项目,月球探测工程进入工程立项前的攻关阶段。与此同时,国家航天局宣布正式启动月球探测工程的预先研究。

      2003年9月,在完成我国月球探测一期工程的综合论证后,国防科工委成立月球探测领导小组,负责协调各单位的工作,并起草了专项立项报告。

      2004年1月23日,国务院正式批准绕月探测工程立项。3月31日,国防科工委完成工程立项手续,绕月探测工程正式开始实施。之后,我国月球探测工程逐步推展开来。至此,苦盼十年的中国月球探测事业,终于开花结果。

      谈及三人的合作,欧阳自远感慨说:“我们3个人有幸在一起合作,配合得特别好,他们两位是我进入航天领域的引路人。”孙家栋则经常谦虚地对欧阳自远说:“我是给你打工的,我的任务是把你的‘手和‘眼睛延伸到月球上去,至于你看什么,拿什么,那是你的事。”栾恩杰也总是说:“我的探月启蒙老师是欧阳。”

      欧阳自远介绍,孙家栋、栾恩杰都是“非常值得敬佩和尊重的人”,“他们太认真了,现在很难找到这样认真的人了”。正是三位杰出科技专家的“黄金组合”,推动了探月梦想上升到国家战略、落实到工程实践。

      古稀之年的殚精竭虑

      “绕起来了,绕起来了!”2007年11月5日,当“嫦娥一号”第一次成功近月制动时,欧阳自远眼含热泪地高喊起来,三位老人忍不住紧紧地相拥在一起。这一刻被反应灵敏的摄影师记录了下来,画面成为永恒的经典。

      此时的激动,只有三人内心的体会最为深刻。然而,从2004年1月23日绕月探测工程被批准立项到2007年嫦娥一号成功发射,整整1000多个日日夜夜,他们无不是在緊张、激动、忙碌中度过。

      2004年被称为绕月探测工程的开局年。2004年2月,经国务院批准成立以国防科学技术委员会主任张云川为组长,国防科工委、财政部、科技部、中国科学院、中国人民解放军总装备部、航天科技集团等各方面领导为副组长的工程领导小组,成立领导小组办公室,并召开了第一次领导小组会议。会议审定了嫦娥一期工程的研制总要求,并正式确定工程命名为嫦娥工程;此外还正式任命栾恩杰为工程总指挥、孙家栋为总设计师、欧阳自远为工程应用科学首席科学家。

      担任我国首次绕月探测工程应用科学首席科学家,欧阳自远倍感荣幸,这也是我国航天工程发展50多年来首次设立首席科学家一职。对于首席科学家的职责也十分明确,即牵头组织科学目标和提出科学载荷配置需求的论证,牵头组织探测数据的科学研究和应用研究等。

      不仅如此,作为首席科学家,每一次技术协调会,每一次工程验收会,每一次对接试验,欧阳自远也都要参加。他自己都记不清,这三年里坐过多少次飞机,出过多少次差,开过多少次会。纵使是科研出身的他,也必须深入了解航天工程的每一个技术环节,久而久之,他自己渐渐也变成了一位工程专家。许多人甚至发现,在每一次技术评审会上,欧阳自远都能提出很多尖锐的技术问题。

      他自己也经常笑着说:“必须懂!得自己变成技术专家,不然你和大家就没有共同语言。”

      不过,让他感受最深的还是工程实施过程中,作为科研人员的自己必须花费很大心思与工程技术方面的人进行沟通和协调。有时候,甚至需要据理力争。这些年,原本性格温和的他,有过多次拍案而起的时候,也有过和平“妥协”的时候。而大部分时候,论战无可避免。

      由于中国从来没有去过月球,因此在我国探月的整体规划中,欧阳自远提出,首次探月没有必要每件事做得很精细,但一定要“全面、综合、整体性”了解月球。为此,嫦娥一号任务确立了四个科学目标:获取月球表面三维影像;分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点;探测月壤特性、估算月壤厚度、评估月壤中氦3资源开发利用前景;探测地月空间环境。

      为了更好地看清月球全貌,欧阳自远提出,应当将嫦娥一号的轨道设计为100公里,好处是飞得越低,分辨率就越高。但卫星方面认为,第一次去月球,应当将轨道设定在200公里,可以对轨道的细微变化忽略不计,同时更能保证卫星的安全。

      最终,仅就轨道这个问题,各方面都争执了一个多月,为了保证嫦娥一号任务的成功实施,欧阳自远妥协了,他接受了卫星轨道设计专家的200公里轨道高度的决定。令欧阳自远欣慰的是,尽管许多载荷探测数据难以进一步精确,但是我国获取了覆盖最全的全月影像图,包括覆盖月球南北极。

      还有一个事例就是将中科院的VLBI(甚长基线干涉测轨技术)引荐给测控部门。

      对嫦娥一号而言,嫦娥一号卫星在执行其历史使命的整个过程中能否被看得见、测得准、控得住,也是决定嫦娥一号任务是否能成功实施的关键。

      然而,欧阳自远得知,当时我国利用现有的S频段航天测控网(USB)对嫦娥一号进行测控,误差太大,测定轨精度远远不够,他担心不已。

      后来,欧阳自远找到时任中科院国家天文台台长艾国祥院士和中科院上海天文台的叶叔华院士商量如何能将航天测控精度提高到0.1公里,他们建议将中科院的VLBI技术引入航天测轨中。

      VLBI是一种天文深空探测手段,具有超高的角分辨率及定位精度。随着航天事业的发展,这一技术已逐步被应用到深空探测的活动中,大大提升了航天器的测定轨精度。1972年4月,美国就曾用甚长基线干涉测量技术成功地测定了“阿波罗16号”的月球车的行动路线,它相对于登月舱的位置精度为25米。自此之后,甚长基线干涉测量技术就成为美国深空跟踪网的基本测量手段之一。像“先驱者号”“旅行者号”“伽利略号”等探测器,均用这一技术来测定它们的位置。

      但在中国,VLBI要进入航天测控领域,一时半会还很难让测控部门接受,经过多次协商,他们同意欧阳自远的建议,对VLBI的相关问题展开详细论证。

      经过严格的论证,测控部门最终决定采用USB+VLBI的方式对嫦娥一号进行定位和定轨。其中VLBI主要利用中科院上海天文台25米天线和乌鲁木齐天文台25米天线,再加上新建的北京密云县50米天线和云南昆明的40米天线,4个观测站构成中国VLBI测轨网,辅助S频段航天测控网技术,共同完成嫦娥一号的测控任务。

      在嫦娥一号任务中,VLBI的完美表现,赢得了各方的赞赏,并加入了后续的嫦娥二号、嫦娥三号及嫦娥四号的任务中,通过不断的升级改造和技术提升,目前VLBI出色完成了四次探月任务,也成为我国月球与深空探测的重要测控手段。

      谈起那些年的点点滴滴,欧阳自远现在仍激动不已。从2004年到2007年的三年里,年近古稀之年的欧阳自远再次体会到了紧张、奋战的激情,这三年也是他殚精竭虑的三年。尽管从年轻时开始,他就有每天只休息五六个小时的习惯,那是他希望把更多的时间和精力都投入到科研工作中去,但这三年,每天晚上他基本上只能保证四五个小时的睡眠。他经常说,所有的辛苦都是值得的,只要中国的探月梦能够实现。

      把科学进行到底

      为了实现嫦娥一号的四个科学目标,嫦娥一号搭载了包括CCD立体相机、激光高度计、成像光谱仪、γ/X射线谱仪、微波探测仪、高能粒子和太阳风离子探测器等科学载荷。

      截止到2009年2月,通过为期1年零4个月的在轨运行,嫦娥一号卫星搭载的8台有效载荷共获得原始数据约1.37TB,经过各种校正后生成的0、1、2、3级数据产品约2.76TB。

      不仅如此,2009年3月1日,嫦娥一号在完成使命之后成功实现受控撞月,撞击在月球东经52.36度、南纬1.50度的丰富海预定撞击点。在撞月的15分钟内,CCD立体相机一共获取了1469千米撞击路径的高分辨月面影像与立体图像,为研究月面精细结构提供了高质量素材。

      谈及嫦娥一号,欧阳自远经常用“英雄”来形容,他认为,在完成自己的历史使命后,嫦娥一号主动地受控撞月,“粉身碎骨,毫无怨尤,报效祖国,埋身异乡”。

      其实,在欧阳自远心里,有个更加牵肠挂肚的重要事情,就是如何组织全国科学家有效利用这些科学探测数据开展科学研究和应用研究,作出我们自己的月球探测科学成果。

      早在2005年,欧阳自远积极组织成立绕月探测工程科学应用专家委员会,成员为来自全国84个单位的123名专家,包括55所高等院校的75名专家和29个研究院所的48位专家。

      欧阳自远说,组织以“绕月探测工程科学应用专家委员会”为主体的科学家队伍(包括港澳台地区),目的就是要让全国相关高等院校和科研院所共同参与、共同开展月球科学探测数据的应用与研究,最大限度地开发利用月球探测数据,高质量地完成绕月探测工程的科学目标,作出与国家标志性工程相适应的一流研究成果。而这一说法,明确写在了《绕月探测工程科学应用专家委员会管理暂行办法》中。

      2007年11月26日,中国首次月球探测工程第一幅月面图像正式发布,温家宝总理在发布会上提出:“要充分调动全国各方面的科研资源,利用我国首次获得的第一手月球科学探测数据,研究出一流的科技创新成果。”

      欧阳自远一贯主张 :“绕月探测的全部科学数据属于国家,不允许任何单位垄断,更不允许任何个人私有,必须创建一個公开、公平的无偿提供科学探测数据的渠道,供全国各高等院校、各研究院所的专家开展科学研究。”他希望通过全国科学家的努力,发掘和开拓科学探测数据的应用领域;通过他们的智慧和创造,作出代表国家水平的研究成果。

      2008年7月、2009年7月绕月探测工程科学应用专家委员会连续召开两届工作会议,欧阳自远在会上积极呼吁全国科学家积极利用嫦娥一号的探测数据开展科学研究和应用研究。

      欧阳自远的呼吁得到了全国科学家响应,这既使他欣慰,也让他担忧,因为他渐渐发现,经费逐渐成为开展研究的又一道难题。按照我国航天工程的管理,航天工程的研制经费是不包含后期的科学研究经费的,探月工程虽然列出了明确的科学目标,依然没有列出科学研究的经费。

      很快研究工作陷入了“巧妇无米”的尴尬境地,有些科学家甚至自掏腰包开展研究,有些科学家不得不挪用其他项目的经费开展研究。看到科学家们的积极性如此高涨,欧阳自远心头如同大石头不能落地,而且他认为,如果不能有效解决经费问题,绕月探测数据的应用和深化研究工作就无法系统深入开展下去,也很难推动我国月球探测工程取得更多的科学成果。

      接下来的日子里,欧阳自远开始到处奔走游说,希望能争取有关部门的支持,他也记不清吃了多少次闭门羹。毕竟为航天工程设立专门的科学研究项目并提供经费,在我国还没有先例。

      不过最终功夫不负有心人。2010年12月,科技部“吃”下了这第一只“螃蟹”。科技部设立了一个“绕月探测工程科学数据应用与研究”的国家863计划重点项目,原定项目经费为4000万元,并将项目交由中国科学院负责组织实施,全国包括内地和港澳台在内的27家研究院所、高校270余位科技人员参与其中。

      最终在该项目的牵引下,大批技术创新成果涌现出来,突破了微波辐射计在轨探测数据处理与月壤厚度反演新技术、激光高度计联合三线阵CCD立体影像摄影测量新技术、基于点扩散函数的CCD立体影像超分辨率重建技术、月球形貌地图制图技术、月表物质成分反演技术、近月空间粒子辐射环境模型与可视化技术、纳米离子探针微区定年技术等10余项关键技术与方法,为我国后续月球与深空探测的推进打下了坚实的技术基础。

      在科学成果方面,取得大批亮点成果,如编制了我国首幅“全月球影像图”“全月球三维立体地形图”、全月球土壤厚度与分布图、全月球土壤中氦-3资源与分布图、月球区域(虹湾及其周边地区)的地质图和月球构造纲要图等,获得月表7种元素、4种氧化物和4种矿物的全月含量及其分布图,这些基础性成果为月球的形成与演化理论研究提供了重要的新的佐证;提出了岩浆洋结晶固化年龄为39.2亿年的新观点,为早期月球岩浆洋的演化理论模型提供了新的证据;国际上首次获得四个频率的月球正午和子夜的全月球微波图像;成功解算得到了100阶次的高精度月球重力场新模型(CEGM02),为揭示月球外核与下月幔的物质状态、黏弹性特征等研究提供了新约束;首次发现并揭示了月球东海盆地倾斜撞击成因,揭示撞击体下降段入射方向大致为SW225°的撞击模型;发现月表存在大尺度的粒子加速、局地等离子体加速事件、月球轨道存在着各向异性的双质子流事件等新现象,并初步揭示了其成因机制,等等。

      通过该项目的支持,至2011年底,研究人员共发表学术论文192篇,其中国际SCI论文44篇,国内SCI/EI论文49篇;出版专著2部;提交研究报告和技术报告共63份。申请国家发明专利34项,已授权发明专利8项;申请软件著作权登记20项;开发软件模块7个,软件系统15套;研制实验平台等硬件设备2套,月球微波辐射模拟测试场1个;制定《月球中文地名翻译与编码》《月球基本比例尺地形图分幅与编号》等国家标准2项(草案)。

      欧阳自远认为,至此,才能真正判定嫦娥一号任务获得圆满成功。

      当好顾问

      嫦娥一号任务后,栾恩杰、孙家栋、欧阳自远三位老人主动退居幕后,不过在探月工程二、三期任务中,他们依然担任中国探月工程领导小组高级顾问。当好顾问,成为欧阳自远在后续的探月任务中的重要职责。

      嫦娥一号任務圆满成功后,作为嫦娥一号的备份星的嫦娥二号该何去何从再次成为热议的话题。欧阳自远的想法是,让嫦娥二号奔向太阳系空间,而最佳的选择就是探测火星。

      在他与孙家栋商量嫦娥二号的去向时,他的这一想法竟与孙家栋不谋而合。孙家栋当时的主张也是希望嫦娥二号能直接奔向火星。之后,孙家栋还针对嫦娥二号探测火星的有关问题展开了细致的调研和论证工作。

      最后论证结果认为,中国探测火星可以提出明确的科学目标,而且具备相应的技术条件,可以对嫦娥二号卫星的科学探测载荷作相应的技术改造后,力争在2009年的发射窗口直接发射至火星。

      然而,几经周转,嫦娥二号的使命最终定为继续探月。“我们错过了火星探测的一个很好的时机”,欧阳自远遗憾地说。

      嫦娥二号最终定为探月工程二期的先导星:一是对嫦娥三号运行过程的某些关键技术进行演练和验证,二是要测绘嫦娥三号预选着陆区——虹湾高分辨率的精细地形地貌图。

      与嫦娥一号任务相似的是,嫦娥二号任务同样设立了四大科学目标,即获取月球高分辨率三维影像图,开展太阳活动峰年期间月球表面某些元素的含量与分布探测,制作高分辨率的全月球微波图,探测太阳活动峰年近月空间包括行星际空间、月球屏蔽区间、地球的磁鞘与磁尾区高能粒子和太阳风离子的通量、能谱及其随时间的变化情况。

      但由于嫦娥二号与嫦娥一号使用了完全不同的运行轨道,如嫦娥一号的运行轨道是200公里×200公里的极轨,嫦娥二号有100公里×100公里极轨和15公里×100公里的椭圆两种轨道,会导致嫦娥二号的探测任务、探测内容和探测水平与嫦娥一号截然不同。

      2010年10月1日,嫦娥二号在西昌卫星发射中心成功发射,随后整个任务执行圆满,不仅获取了嫦娥二号获得的7米分辨率、100%覆盖全月球表面的全月球影像图,这是国际上首次获得的7米分辨率全月球影像图,还获取了月面着陆区地形地貌的精细探测数据,以及成功试验和验证了嫦娥三号的一些关键技术,为嫦娥三号的实施成功奠定了科学和技术基础。

      截至2011年2月初,嫦娥二号在轨探测共获得原始探测数据2.84TB,地面应用系统进行各种校正和处理生成数据7.86TB。这些数据同样向全国高等院校、研究院所和企业发布,以供科学研究和应用研究。

      捷报远不止这些。嫦娥二号预定任务实施结束后,由于剩余燃料较多,卫星状态良好,科学家们又赋予了它新的任务。2011年8月25日,嫦娥二号在离开月球后经过77天的飞行,到达距离地球150万千米的日—地拉格朗日第2个引力动态平衡点(简称L2点)。在这里,嫦娥二号可以在受太阳辐射最小,同时避免日凌现象,以及与太阳位置保持相对不变的情况下,监测太阳的活动与爆发。

      在L2点的环绕轨道上,嫦娥二号共开展了235天对太阳活动与爆发的探测,传回了大量科学探测数据,出色地完成了监测太阳的任务。之后,嫦娥二号又向更远的深空飞去。

      2012年12月13日嫦娥二号成功飞抵距离地球约702万千米的深空,以10.73千米/秒的相对速度,相对距离达到0.87千米,与国际编号为4179的小行星——图塔蒂斯小行星擦身而过,首次实现中国对小行星的飞越探测,并实现了对4179小行星的高清拍照。

      欧阳自远说,4179小行星呈长椭球体状,主体由两大块组成,形似花生,长轴4.6千米,短轴2.46千米。嫦娥二号与小行星交会后,对小行星进行了形状、大小、结构等探测,并获得了10米分辨率的小行星图像。

      对4179小行星进行飞跃探测后,嫦娥二号继续向更远的深空飞行,“我们的目标是希望它能飞行4亿公里,这也是火星距离地球最远的距离”。欧阳自远说,最终目的是想验证我国是否具备探测火星的测控通信能力。如今嫦娥二号已经飞离地球约3亿公里,它已经成为一个围绕太阳运转的人造小天体,并将翱翔在太阳系空间。2029年,嫦娥二号将返回地球附近,我们期待她一路平安。

      2013年对欧阳自远来说,同样是紧张而忙碌的一年,这一年我国实施了嫦娥三号的发射任务,这又将是一个历史性突破,中国首次在地外天体实现探测器的软着陆,并在国际上首次实现了着陆器和巡视器的联合探测。和所有的嫦娥三号的航天工作者一样,面对嫦娥三号任务的到来,欧阳自远既兴奋又紧张,心都提到了嗓子眼。因为嫦娥三号要突破月球软着陆、着陆器开展就位探测、巡视器月面巡视勘察、月夜生存、深空通信与遥操作等一系列关键技术,其技术复杂程度和难度可想而知。

      欧阳自远将嫦娥三号任务的科学目标形象地归纳为“巡天、观地、测月”。嫦娥三号着陆器上携带的近紫外月基光学望远镜、极紫外相机,以及巡视器上携带的测月雷达,都是国际首次。他尤其希望,嫦娥三号能获取更多更有价值的科学探测成果,然后组织全国科学家对嫦娥三号的科学探测数据开展科学研究和应用研究。

      这一年,作为高级顾问,欧阳自远同样要出席在各种大大小小的会议上,虽然已不是工程一线人员,但他依然时刻关注工程的每一步进展情况。2013年12月2日,嫦娥三号在西昌卫星发射中心成功发射,12月14日晚,嫦娥三号探测器安全实现月面软着陆,15日着陆器与巡视器分离后,两器开始互拍,其他各有效载荷也陆续开机,正式开启嫦娥三号任务首个月昼期间的月面探测任务。25日、26日,着陆器与巡视器分别进入“梦乡”,开始为期17天的首个月夜休眠期……

      每听到一次嫦娥三号的捷报,欧阳自远都会激动不已。那种心情就如同父母听到自己的孩子顺利地考上大学,或者找到了一个好工作。因为80多岁高龄的他把大半辈子的心血都放在了探月上,探月就是他生命中的另一个孩子。

      再次令人欣慰的是,嫦娥三号搭载的8台有效载荷获取了大量的科学探测数据,为推进嫦娥三号任务科学探測数据的应用和研究,力争出好成果、快出成果,中科院集中全国优势力量组建了由科学家、科学载荷研制单位技术人员和负责科学探测数据处理的地面应用系统技术人员组成的5个科学应用核心团队,并设立“嫦娥三号任务探测数据科学应用研究”重点部署项目,支持嫦娥三号的科学研究工作。经过两年多的时间,嫦娥三号任务核心科学家团队在月球地形地貌、浅表层地质结构、月基天文观测以及地球等离子体观测等方面取得了一系列创新性研究成果,共发表学术论文近百篇。

      探月捷报频传。嫦娥三号的“双胞胎”嫦娥四号2018年也正式开启探月之旅。2018年5月21日,嫦娥四号中继星“鹊桥”号成功发射,相继到达日—地拉格朗日第二引力动态平衡点,构建了地球与月球背面畅通的通信与测控的链路。12月8日,嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中心成功发射,2019年1月3日,嫦娥四号成功着陆在月球背面。这也是人类首次实现在月球背面软着陆探测。嫦娥四号的着陆器与玉兔二号月球车在月球背面成功分离,分别执行就位探测与巡视探测任务。

      欧阳自远提出嫦娥四号除一些必要的常规探测项目外,侧重的科学探测目标有三项:

      1.接收来自太阳系、银河系甚至宇宙空间的低频与甚低频信息。地球和月球正面由于地球电离层的严重干扰,接收不到空间的各种低频与甚低频的电磁波信息,由于月球正面完全阻挡了地球电离层的干扰,因而唯有在月球背面接收是梦寐以求的理想场所。在嫦娥四号的着陆器上设置了一台低频射电频谱仪器,期望能获得一批重要的、前所未有的探测数据。

      2.探寻月球41亿年前古老的演化历史记录。人类基于对月球正面的长期与系统研究,已经清晰地提出月球自41亿年至30亿年前的演化历史进程和后期的撞击历史,而自月球形成之后至41亿年以前没有找到古老的岩石记录。41亿年至40亿年前、月球背面遭受到一次巨大的小天体撞击,形成了一个直径达2480千米的艾肯撞击盆地,巨大的撞击能量挖掘出盆地里40亿年前最古老的岩石,甚至可能裸露出深部月幔的岩石,因而嫦娥四号必须着陆在艾肯盆地内。在嫦娥四号的月球车上设置了红外成像光谱仪和测月雷达,通过月球车的巡视探测,探寻月球最古老的岩石。 期望对月球形成后至40亿年前的月球演化历史获得新的科学证据。

      3.探测月球背面的月表环境与近月空间环境,相关的探测仪器是中国与德国和荷兰的科学家共同研制的。在嫦娥四号的着陆器上设置了月表中子与辐射剂量探测仪,在玉兔二号月球车上设置了中性原子探测仪。期望首次获取月球背面的月表和近月空间相关的环境参数。

      对于欧阳自远来说,中国探月工程一系列任务的成功实施,是他最感欣慰的事,但他更希望看到这些任务获取的科学探测数据能尽快变成各种科学研究和应用研究成果,从而进一步推动我国的月球科学、地球与行星科学等学科的发展。

      画圆中国深空梦

      经常会有人问,除了探测月球,我们还要做什么?这是欧阳自远在无数次科普报告中都会被问到的问题,每次他都会很认真地解答人们心中的疑问。

      欧阳自远认为,在月球探测的基础上,进一步开展深空探测,也就是太阳系探测,是月球探测发展的必然趋势,是月球探测的时空拓展与深化。太阳系探测的对象是太阳系内各层次天体和行星际空间,包括八大行星及其卫星、矮行星、小行星和彗星等各类小天体,以及行星际空间环境。当代太阳系探测的主要使命是加深人类对太阳系和宇宙的认知,拓展人类的知识疆界,探索研究太阳系起源与演化,生命的起源,规避太阳活动与小天体撞击地球诱发气候环境突变和生物灭绝事件;探寻地外生命活动的信息和潜在宜居地,拓展人类的生存和活动空间;提高人类认识和保护地球的意识,开发和利用地外资源,促进人类社会的可持续发展;带动科技创新、技术突破和应用拓展,鼓励人类特别是年轻一代的探索、发现和挑战精神。

      事实上,截至目前,许多国家已经开展了大量的太阳系探测活动,如对水星、金星、火星、木星和土星系统及其卫星、小行星与彗星,太阳以及行星际空间等都有大量的探测。其中,火星是除月球外,人类探测最多的星球。

      欧阳自远解释,人类开展火星探测,一是希望证实火星是否有生命存在;二是对火星本体进行研究,从磁层、大气层、火星环境、地形地貌、地质构造、化学成分、矿物组成、内部结构和演化历史等方面与地球进行对比研究,探讨行星与太阳系的起源与演化。

      在各国开展的火星探测任务中,最引人瞩目的是美国开展的一系列火星探测计划,其开展的火星探测计划最为系统,目标明确且在不断深入。

      1961年,美国开展火星轨道器探测;1975年8月和9月,美国首次发射火星软着陆探测器“海盗1号”“海盗2号”,之后又于2007年8月发射“凤凰”号火星着陆探测器;自“火星探路者”号火星车探测器发射后,又相继发射了“机遇”号和“勇气”号火星车。这些发射任务使美国实现了对火星的飞越、环绕、着陆和巡视探测,获得了大量探测成果,并证实火星现在没有任何生命活动的迹象。

      此后,火星大气中微量水蒸气和极微量甲烷气体的发现,又燃起了火星存在生命活动的希望。但此时,火星大气中甲烷气体无法判别是有机成因还是无机成因,即是由生命活动释放或由生物裂解成因还是无机的C、H合成成因。探测火星上的甲烷从何而来,也因此成为美国新时期火星探测的重要目标之一。

      2013年8月6日,美国“好奇”号火星车成功着陆火星,将开展1个火星年(约合两个地球年)的探测任务,并宣称其使命是寻找火星在远古时代适合生存的环境。

      但事实上“好奇”号共搭载了10类有效载荷,包括桅杆相机、火星降落成像仪、火星样本分析仪、火星手持透镜成像仪、化学与矿物学分析仪、化学摄像机、阿尔法粒子X射线分光仪、中子反照率动态探测器、辐射评估探测器以及火星车环境监测站。

      这十类科学仪器主要要实现三大科学使命。其中,被誉为“好奇”号“心脏”的火星样本分析仪负责搜寻构成生命的要素——碳化合物(甲烷和二氧化碳)。

      其他仪器有的用来探测火星一般科学数据,了解火星的现代环境与载人登陆火星的可行性;还有的用来探测火星土壤的矿物成分,主要了解火星的历史环境。

      其他国家和国际组织,如日本、俄罗斯、欧空局、印度也陆续开展了一系列的太阳系探测活动。中国也在时刻准备着,希望能随时启动太阳系探测活动。

      在我国《2011中国的航天》白皮书中就明确将“我国将开展深空探测活动,以火星探测为切入点,统筹开展太阳、小行星、金星、木星系统等的探测”列入其中。而对于这些太阳系探测活动,欧阳自远及其科研团队经过长期论证都已提出明确的科学设想和目标。

      例如火星探测方面,我国火星探测包括遥感探测和巡视探测、火星取样返回和地面综合系统研究几个阶段,关注的科学问题主要侧重于四个方面,包括探测火星生命活动的信息,火星地下水的分布特征;探测火星土壤特性及其资源;探测与研究火星大气及其特征;探测火星地质特征,研究火星的演化和比较行星学。

      我国的太阳探测应事先远离地球的定点太阳观测、太阳极轨观测和太阳风暴的卫星阵观测。探测太阳矢量磁场、速度场和辐射场,研究太阳磁场和太阳活动的起源和演化,揭示太阳耀斑和日冕物质抛射等爆发现象的物理机制;探索太阳风的起源和太阳整体的形成机制;追踪和诊断太阳风暴在日地空间的传播过程及其对近地空间环境的灾害性影响,提高对太阳风暴的预报和预警能力。

      我国开展小行星探测的基本科学目标应是围绕太阳系起源和小天体的有机化合物成分与类型的测定。深化认识太阳系统的形成过程和演化历史;探测小行星的轨道、大小、形态、成分与结构,分析小行星撞击地球的概率,研究规避小行星撞击地球的方式,保护地球和人类安全。

      欧阳自远认为,中国不能止步于月球,中国要飞得更远,要探测整个太阳系。

      目前,中国的月球探测已经循序渐进地开展,中国的火星探测工程也正在按计划进行中,太阳系探测的论证工作也在进行中。欧阳自远时常说,自己是一个很幸运的人,“经过几十年的积累,最终这么大难度的梦想还是在逐步实践”。

      更令他欣慰的是,我国的嫦娥工程培养了一大批年轻人,都是三四十岁左右,他们已逐步成长为中国的月球与太阳系探测研制队伍的主力军。在科学研究方面,在探月工程推动下,及“嫦娥”数据研究工作的不断开展,我国月球科学研究及行星科学研究的队伍逐渐发展壮大起来,并形成了相应的研究基地。

      “他们才是圆梦人,是中国未来太阳系探测的希望,让他们把中国的月球与太阳系探测梦延续下去。”欧阳自远说。

      科普是责任也是助推器

      在欧阳自远的科研生命中,他一直将另一项内容列入了自己的重点工作日程中,那就是科学传播。至今,他依然清晰地记得,他做的第一场科普报告是在1964年的一次中国地质学会的大会上,他做了一份有关“天外来客”——陨石的报告,不但没有人觉得在地质学的大会上做这种报告有点突兀,反而引起了人们很大的关注和兴趣。中国的陨石研究,相继在很多次中国地质学会,中国矿物岩石地球化学学会、中国空间科学学会和国际陨石学会等场合报告,大家知道在中科院地化所有欧阳自远这样一位学者在研究“天上的石头”。

      真正开始针对月球探测做各种科普报告,是1992年欧阳自远开始呼吁中国启动月球探测工作之后的事了。其间,他主要是向人们解释,中国为什么要开展探月,以及向人们科普各种月球科学知识。

      2000年,《中国航天白皮书》中列入“中国开展月球探测论证”的内容后,中国的探月工作引起各大媒体的竞相报道。欧阳自远抓住时机,利用媒体这一平台,将其科普的影响力进一步扩大。2004年1月他编著了一本《永远的月球梦》,选录了他及其学生在2000年~2004年所写的各种关于月球知识及月球探测必要性、可行性的科普报告,及相关的媒体关注,多达35篇。

      2004年1月,繞月探测工程立项以后,为了让更多人了解月球,尤其要让工程人员对月球有比较清晰的认识,给他们提供科学、专业的参数,欧阳自远组织人员在短短10个月内编写了一本69.3万字的《月球科学概论》,而一般的科学专著至少要花两年以上时间。书一出版,欧阳自远也住院了。

      毕竟是70多岁的老人,而且他的身体一直不是很好,肾结石、糖尿病、高血压、胆结石、高血脂等病他都有。写这本书的时候,作者们经常要熬夜到晚上两三点,而欧阳自远对每一个环节都会亲自把关。书写好了,老人也累倒了。后来,正是在这本书的基础上,国防科工局出版了嫦娥工程手册,同时该书也被作为绕月探测工程的设计依据。

      2006年他组织科学家主编《嫦娥书系》,共计六册,包括《逐鹿太空——航天技术的崛起与今日态势》《神箭凌霄——长征系列火箭的发展历程》《翱翔九天——从人造卫星到月球探测器》《蟾宫览胜——人类认识的月球世界》《嫦娥奔月——中国探月方略及其实施》和《超越广寒——月球开发的迷人前景》。2013年又集合全国航空、航天领域的专家编辑出版了大型科普读物《十万个为什么》之“航空与航天”卷。2016年,欧阳自远再次组织全国科普专家出版了中国儿童视听百科读物《飞向太空》。

      2019年,出版《中国儿童太空百科全书》系列,包括《浩瀚的宇宙》《太阳系掠影》《飞向太空》和《中国航天》四册。

      据不完全统计,从1994年到2014年欧阳自远80岁的20年间,由他编著或主编的科普读物有将近20本。

      至于为什么要做科普?欧阳自远解释,任何一个新生事物,要想被人们接受和理解,都需要一个过程,中国的探月工作也不例外,从提出到被人理解、接受,再到喜爱,需要一个漫长的过程。

      “我们开始提出月球探测计划时,很多人感觉很荒唐,甚至有很多人骂我。一开始真的很难!”欧阳自远回忆说。中国的探月计划尚未定论就已是质疑声和反对声四起,甚至有许多专家在公开场合直接质疑中国开展月球探测的必要性,也有人在媒体上刊文反对中国开展月球探测活动。

      对于质疑,欧阳自远没有生气,也没有气馁,他认为,之所以反对或者怀疑,主要还是人们对于月球探测的重大意义和月球知识不了解,因此此时科普工作显得尤为重要。

      随着科普工作的深入,他甚至也摸出了科普的门道——针对不同的人,报告的内容应当不同,为此他制作了从小学到中学、高中、各类专业的大学生与研究生,连公众、官员、院士的各个版本的科普报告高达20多种,无论是哪一次科普报告,他都会精心准备,亲自制作。

      “就是希望公众理解我们所做的工作,有人比喻我像一名‘虔诚的牧师,去宣讲他的理想,我没有想到这会起到很大的作用,因为我们拿的是纳税人的钱,所以我要让公众了解、让院士、官员、学生和广大公众都能了解我们在做什么,这是我的责任。”欧阳自远说。

      即使在2004年嫦娥工程立项之后最紧张的几年里,欧阳自远都没有放松过对科普的投入。嫦娥二号之后,欧阳自远不再担任首席科学家一职,他将更多精力投入到科普工作中。他经常收到各种类型的听众来信,更多的是青少年的热情洋溢的来信,他们告诉欧阳自远爷爷,他们长大了也要做一个科学家,去探索宇宙的奥秘,要造福全人类!他们表示一定会好好学习,打好基础,学好本领,立下大志,践行梦想,报效祖国!欧阳自远感到有一股强大的热流在推动、激励、鼓舞和支持他克服困难,砥砺前行!

      自2008年开始,每一场科普报告他都有记录,包括时间、地点、主办单位、报告题目和现场人数,根据2008年至2018年11年来的系统统计:总共做科普报告617场,现场听众人数为353590人,報告题目16个;平均每年56场科普报告,平均每年现场听众32140人(不包括有些科普报告连接网络,听众人数难以计数)。

      他会照顾到不同人群的需求和知识水平,也会根据不同的需求做不同内容的科普报告,而他的报告几乎都是场场爆满。

      如今,年近85岁的欧阳自远,依然在不停地奔波,他的目的很简单,就是希望尽自己的微薄之力,让更多的人了解月球、了解太阳系、了解浩瀚的宇宙,激发更多人萌发科学梦想,去践行梦想,让中国的月球与深空梦延续下去。

      本文标题:欧阳自远:点亮中国人的探月梦

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