2024年6月21日，中國空間技術研究院研究員曲少杰在科普中國·星空講壇“科學報國正當時”主題場帶來演講《通往星辰大海之路》，為我們講述了航天背后的故事。

以下是曲少杰的演講節選：

大家好，我是曲少杰，來自中國航天科技集團五院，也叫中國空間技術研究院，主要從事各類航天器的總體設計工作。

航天是一項龐大而復雜的系統工程，運用系統工程的方法，讓一個復雜系統當中的不同組成部分能完美地互相配合、協調運行，最終達成特定的任務。

建造航天器，需要用到哪些專業？

以嫦娥六號為例，嫦娥六號探測器由四部分組成，其中，軌道器、返回器組合在一起叫軌返組合體，還有著陸器和上升器，組合在一起叫做著上組合體。另外，還有鵲橋二號中繼衛星，因為在月球背面沒法跟地球直接通信，所以需要鵲橋二號在月球背面的天空中作為中轉。

這背后就要涉及很多專業。比方說，在地球和月球之間通信，要用到通信工程專業﹔著陸器的機械臂在採樣和樣品之間的轉移機構，需要自動化、機械工程這些專業﹔為了應對月球表面白天和晚上高達300度的溫差，著陸器和上升器需要保溫，要用到傳熱學和熱能工程專業﹔還有從地球飛到月球，再從月球飛回地球，這中間這個復雜的飛行的軌跡、飛行的過程，要用到動力學還有軌道設計專業，等等。

我從本科到研究生學的專業都是空間物理。當時為什麼選擇這個專業呢？說實話，是服從調劑的結果。

我讀高中的時候，不像現在網絡信息十分發達，當時大家對於自己將來要考什麼大學、選什麼專業，都沒什麼概念。

填報高考志願時，班主任對我說，你的分數可以選北大或清華。

因為當時心裡隱約對北大有種“浪漫一點”的印象，我想，那就選擇北大吧。

然后我選了當時最熱門的計算機專業。那是1998年，當時最火的就是計算機和生物專業。因為太熱門了，而我的高考總分沒有足夠高到被計算機專業錄取，被調劑到了地球物理系。

上中學的時候，我喜歡學物理，高二參加全國中學生物理競賽獲得了山東賽區一等獎，高考物理也拿了滿分。不知是不是這個原因，我被調劑到了地球物理系。

郵遞員把大學錄取通知書交到我手中，我打開一看，上面寫著“地球物理系”，我十分茫然，心想，地球物理是什麼，是修理地球的嗎？

后來才明白，我們系裡一共四個專業，研究范圍由下往上分別是：固體地球物理，研究地殼以下﹔高層大氣物理，研究內容到了幾百公裡的高度﹔空間物理，就是當時我所在的這個專業，研究范圍擴展到了地球和太陽之間的行星際空間﹔再就是天文學，研究得就更遠了，到了太陽系之外乃至整個宇宙。

大學畢業后，我來到中國科學院的國家空間科學中心讀碩士。2005年碩士畢業時，導師建議我繼續讀博士。

說實話，當時我內心又有點茫然。因為我不知道自己所學的這些理論知識究竟能發揮什麼作用、用在什麼地方。比起做純理論研究，我更想做一些更實際的、能夠更快體現出應用價值的事情。

在前輩的指引下，我來到了航天五院。比較幸運，接下來的20年，也趕上了中國航天事業快速發展。記得剛開始工作的時候，我們幾年發射一個衛星，現在每年都要發射幾十顆甚至上百顆。

為什麼航天器需要做好防護？

航天器包括各類衛星以及探測器、飛船、空間站等。它們在太空中都會面對太陽風、宇宙射線以及各種粒子輻射，還有比如真空環境、微重力環境等多種環境。

航天器暴露在太空輻射環境，就像人在綿綿細雨中，淋雨時間長了，身上會濕透，會生病——航天器也一樣，會“生病”，會發生故障。所以，就像我們下雨天出門要打傘，航天器上天之前也要做好防護。

所以，我們在地面上研制的這些航天器，需要採取必要的防護設計，才能確保它們在太空環境中穩定運行並發揮正常作用，這就是我們“空間環境適應性設計”要進行的工作內容。隻有不斷創新，科技才能不斷進步，而我的工作就是在這些任務創新的同時去保障它們穩妥可靠地實現。

在世界航天史上，衛星受太空輻射環境影響產生故障甚至報廢的例子有很多。

舉個例子，有部國產電視劇《你是我的榮耀》，其中有處劇情是搶救JX-1號衛星，這顆衛星的原型就是我國第一顆氣象衛星風雲一號A星，發射於1988年。這顆衛星上天之后，隻工作了39天就出了故障，因為太空輻射環境導致它姿態失去控制，太陽帆板沒法對日定向，而太陽能帆板是要靠太陽能發電。這樣一來，它沒法朝著太陽定向，就導致失去能源，不能發電，衛星就無法工作了。

再舉一個例子，2022年2月，美國太空探索技術公司SpaceX發射了一批星鏈衛星，有40多顆。結果發射時遇到了地磁暴，地球磁場發生了強烈擾動，導致地球大氣密度急劇上升，所以這批衛星在飛行過程中遇到的大氣阻力越來越大，於是軌道高度越來越低，最后超出了設計預期，簡單說就是衛星“爬”不上去了。最終的結果就是這批衛星全部在大氣層中墜毀。

討價還價

航天器進入太空后，一旦出現故障就很難維修，這就要求航天器必須有很高的可靠性。因此各方面的設計都要留出充足的余量，這就會導致成本增加。

所以，我們在制定各種空間環境設計要求的時候，定得盡量准確、精確。因為如果設計要求過高，就會造成資源浪費﹔如果定得太低，又會導致設計出來的航天器可能經受不住太空環境的長期考驗，可能提前發生故障，導致任務失敗。

於是，在制定這些設計要求的環節，經常會出現類似“討價還價”的情況。

舉個例子，大家可能會在新聞裡看到，嫦娥六號在月球上展開了一面國旗。

這個展開機構的作用就體現在國旗展開的那一下，展開結束它就不再工作了﹔還有分離監視相機，用來監視兩個組合體的分離過程，把這個畫面拍下來再傳回地球，所以隻需要在分離的那幾分鐘工作。

類似這些短期工作的設備，因為不需要耐受長時間的環境考驗，所以我們對它們的環境設計要求就會相應降低，以便節約資源和成本。

在可靠中創新

航天工作總是不斷追求創新的。這一點，在我國嫦娥探月工程裡面體現得淋漓盡致。

嫦娥工程有個不成文的傳統：偶數任務是奇數任務的備份，兩者並行開展研制，同時研制完成，如果奇數任務失敗，偶數任務可以立刻接替它去完成。但是任務都成功了，那麼偶數任務就要改變原來既定的任務，去執行新任務。

比如，嫦娥一號和二號設計的任務都是環繞月球運行，一號圓滿成功了，所以嫦娥二號就有了新任務：去了距離地球一千多萬公裡的小行星，圖塔蒂斯﹔嫦娥三號在月球著陸成功了，那麼四號就要改變任務，到月球背面著陸﹔嫦娥五號成功採樣返回地面，那麼六號就要去月球背面採樣。

嫦娥三號任務著陸器和玉兔一號月球車分別用自身攜帶的光學相機為對方拍了一張照片，但是它們兩個沒有在一起的合影，因為沒人給它們拍。

到天問一號火星探測任務的時候，設計師們就想了一個辦法：在祝融號火星車的肚子下方裝了一台Wi-Fi相機，讓祝融號火星車帶著這個Wi-Fi相機走出一段距離，把相機放在火星表面，然后祝融號返回著陸器旁邊，由遠處的Wi-Fi相機為它們拍攝了這張合影。

嫦娥六號任務裡也有一張合影，是著陸器和上升器的合影。這次，我們的設計師又腦洞大開，在著陸器外側安裝了一個大約五公斤重的自主智能機器人，一個小機器人，可以自己移動。嫦娥六號在月球背面完成採樣任務后，這個小機器人就自己從著陸器上分離下來，落到月球表面，然后自己移動到遠處，自己尋找適合拍攝成像的角度，然后為著陸器和上升器拍攝了這樣一張合影。

為什麼要從事航天？

曾有人問我，我們為什麼要發展航天？

我想，可以用航天之父、蘇聯火箭專家齊奧爾科夫斯基的一句名言來回答這個問題，他說：“地球是人類的搖籃，但是人類不可能永遠生活在搖籃裡”。

航天是未來的選擇。在我個人從業的近20年裡，經歷了神舟飛天、嫦娥探月、天問探火……每當自己參與的這些重大任務圓滿完成，心底的那份自豪感和成就感告訴我：我熱愛這份職業。

而且，航天事業需要很多專業一起來參與，比如機械、電子、通信、計算機、自動化等等，也非常歡迎大家有朝一日來加入我們的隊伍，為航天事業貢獻一份力量。

接下來我想跟大家分享一張照片和兩段我很喜歡的話。

這張照片有一個名字，叫“暗淡藍點”，是1990年2月14日由旅行者1號探測器在距離地球64億公裡之外的太陽系邊緣拍攝的。

很巧的是，地球正好就在靠近太陽的一條橙色的散射光線中間。這道橙色的散射光線起到了濾光鏡的作用，因為橙色是藍色的補色，橙色濾鏡可以將地球在照片中變成白色，在這個天然濾鏡的幫助下，我們才勉強能察覺到這個光點。

在遙遠的旅行者1號眼中，在廣袤無垠的宇宙中，在一片無盡的黑暗裡，地球只是一個難以被察覺的小小的亮點，隻有不到一個像素那麼大。參與旅行者計劃的科學家之一、天文學家卡爾·薩根曾用這樣一段話來描述這張照片，他說：

“那個亮點，它就在那裡，那就是我們的家園。你所愛的每一個人，你所認識的每一個人，你所聽說過的每一個人，曾經存在的每一個人，都在它上面度過了一生。我們所有的歡樂與痛苦，人類歷史上數以千計的自以為是的宗教、意識形態和經濟學說，每一個獵人與強盜，每一個英雄與懦夫，每一個文明的締造者與毀滅者，每一個國王與農夫，每一對年輕的情侶，每一位母親和父親，每一個滿懷希望的孩子，每一個發明家和探險家，每一位德高望重的教師，每一個腐敗的政客，每一個超級明星，每一個最高領袖，每一個聖人與罪犯，都在那裡——那顆飄浮在陽光中的塵埃。”

還有一段話我很喜歡的話也分享給大家，來自哲學家康德，他說：

“世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一件是我們心中崇高的道德准則，另一件就是我們頭頂上燦爛的星空。”

作者：中國空間技術研究院研究員曲少杰

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