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继参与探月后又探测火星的温岭籍航天人陈中——

为2亿公里外的“天问一号”导航

来源:浙江日报
2021-03-04 14:42:51

  “将机械枯燥的数据演绎成‘天问一号’在遥远太空的漫步路线,是属于理科生的极致浪漫。”作为中国首次火星探测工程测控系统VLBI测轨分系统总体组主任设计师,整个2月份,浙江温岭籍工程师陈中都陪着“天问一号”加班。从“嫦娥工程”开始,陈中跟随中国航天深空探测的进程一步步成长。

  为“天问一号”测轨观测,对他来说,是一场前所未有的挑战,也是一次梦寐以求的圆梦之旅。

  为2亿公里外的“天问”导航

  2月28日中午,陈中一如往常,提前来到中国科学院上海天文台VLBI深空探测指挥中心。所谓VLBI(即甚长基线干涉)技术,就是将几台射电望远镜,通过干涉的方法联网同时工作,使其测量精度或测量分辨率,等效于一台巨型望远镜。中心监视大屏上,宛如心电图波形似的脉冲信号,就是“天问一号”从2亿公里外传回的数据。

  2月24日6时29分,中国首次火星探测任务“天问一号”再传喜讯,探测器成功实施第三次近火制动,进入火星停泊轨道。

  这背后,离不开一群科学家在上海天文台VLBI深空探测指挥中心的日夜忙碌。VLBI测轨定位系统是做什么的呢?“假如把‘天问一号’看成无人自动驾驶,那VLBI就是它的精准导航。”陈中打了个比方,“天问一号”飞行路线是预设好的,但在旅行的途中,会受到太阳和其他行星的引力影响,一段时间之后轨道会产生稍许偏差。而VLBI可以在1分钟内观测实时计算出它的精确轨道位置,并把结果传送给千里之外的北京,一旦发生偏航,立即下达指令进行调整。

  茫茫宇宙中,VLBI如同灯塔指引着“天问一号”前行,陈中对浩瀚太空的向往,也如灼灼朝阳,照亮了未来的路。

  1979年,陈中出生于滨海之城温岭,少年时期,他的床头堆满了《飞碟探索》杂志,喜欢《外星人E.T.》《星球大战》等科幻电影,他的目光常常掠过逶迤青山、大海行舟,望向了神秘无垠的太空。一张哈勃太空望远镜拍摄的创世纪宇宙星云图像,恢弘而梦幻,令他经年难忘。1997年,陈中从温岭中学毕业,考入四川大学自动控制系,2001年大学毕业进入中科院上海天文台工作,那是离星空更近的地方。

  刚过去的大年三十,陈中没有回家,留在指控中心加班。从“天问一号”升空开始,6个月来,VLBI测控系统已经对其进行了4次轨道修正,1次深空机动,接下来还要做多次近火制动。整个2月是“天问一号”实施火星捕获的关键期。

  “在这个阶段,探测器距离地球约2亿公里,一个小角度的测量误差,对应到火星的位置,误差可能达到几十甚至上百公里。国外的火星探测史上,就发生过探测器一头撞在火星地面,或者与火星擦肩而过,功亏一篑。执行这次重大任务,责任重大,我们既有压力,但也深感骄傲。”陈中说。

  精度达国际最先进水平

  “‘嫦娥一号’时期,VLBI系统完成测轨定位需要10分钟;到‘嫦娥三号’,时间缩短为1分钟,精度提高了10倍;现在‘天问一号’也是1分钟完成测轨定位,但难度不可同日而语。”陈中抛出了一串数据。

  月球探测是航天深空探测的起步和门槛。2004年“嫦娥工程”立项之初,就遭遇一只只“拦路虎”,其中之一便是无法快速精准地测算探测器飞行轨道。中科院上海天文台提出应用射电天文VLBI技术,陈中开始从天文观测转向航天观测,全力以赴进行满足航天工程的VLBI系统适应性改造。

  2005年秋天,在云南昆明郊外,星河璀璨,陈中和同事挤在一辆卡车改装的流动观测站里,彻夜不眠地观测、调试、处理数据,耳边尽是蚊虫的嗡嗡声。“那时,我们的研发小有成果。上海佘山、云南、新疆的3台望远镜可以组成最基本的VLBI观测系统,在佘山已经试验过很多次,我们就兴奋地扛着设备乘飞机到云南天文台调试,去一次一般待三四天。”陈中回忆。

  从无到有,绝非一蹴而就。除了技术,最重要的是建立适应航天任务的指挥系统控制中心,实现规范化调度、指挥、任务执行。2006年,在徐家汇天文大厦,由几间办公室打通而成的简易指挥中心成立,陈中担任负责人,这便是VLBI深空探测指挥中心的雏形。后来,正是它,为“嫦娥工程”奔月之旅护航。

  十余年间,“嫦娥工程”收获了累累硕果,陈中也在岗位上不断提升,2015年,他完成了中国科学院大学天文技术与方法专业的硕博连读。

  “只有测得准,才能控得准。‘天问一号’又是全新的考验。”陈中说。难在哪里?火星最远的时候距离地球超过4亿公里,约是地月距离的1000倍,“嫦娥”系列探测器的信号传回地球只需1秒,“天问一号”的无线电信号传到地球需十几分钟,信号经过长距离的传输会大大衰减,且这是中国首次火星探测,没有先例可考,难度呈指数级上升。

  从2017年开始,为完成“天问一号”的测轨工作,VLBI射电望远镜观测站和深空探测指控中心研发和升级了40多套国产并具有自有知识产权的软硬件系统来大幅提高测量精度。

  这套VLBI系统,测量有多精准呢?目前它的时延测量精度达到0.1纳秒!观测38万公里外的月球上的嫦娥五号,误差优于百米;观测2亿公里外的火星上的天问一号,误差优于4公里,达到国际最先进水平。

  宇宙探索之旅仍在路上

  翻开陈中的朋友圈,2月10日,一条“天问一号环绕火星成功!加班陪它过春节!”的讯息收获了满屏点赞。

  面对赞誉,陈中很冷静,坦言这是个极其考验团队合作的工作:“我只是其中一枚螺丝钉。我们VLBI中心现在工作的成员来自于各个学科背景,还有硕士生、博士生一起参与观测值班与数据处理工作,取得的任何成果都离不开团队之间的默契配合。”

  在工作之外,陈中喜欢运动,学生时代他曾经代表学校多次参加篮球比赛,还曾作为篮球队主力,带着队员拿下单位篮球比赛冠军。

  “爸爸,火星上有没有火山,还会喷发吗?”陈中7岁的女儿小樱桃刚上小学一年级,房间地板上还翻开着哈勃望远镜记录下的壮美画册。最近她的睡前故事,多半是关于火星的。小樱桃非常为有这样一个老爸骄傲,她仰望星空时留下的好奇,也许又会种下一颗找寻答案的种子。

  受疫情的影响,加上工作繁忙,陈中已经快两年没回温岭了,“长辈眼睛不太好,小辈就读‘天问一号’最新的消息给他们听,也让老人高兴高兴。”

  如果“天问一号”成功着陆并运行,将成为人类史上首个第一次火星探测就完成“绕、落、巡”的探测器。“接下来还有几道坎要过,期待5月至6月的落火时刻。”陈中说。

  继探月之后,“天问一号”任务揭开了中国行星探测的序幕。而陈中,这位年轻航天人的探索之旅,同样也在路上,向着星辰大海迈进。(记者 赵静)

责任编辑:姚怡梦

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