重 任

2016年9月，46歲的孫澤洲出任我國首次火星探測任務“天問一號”探測器系統總設計師。幾個月前，孫澤洲剛被任命為“嫦娥四號”探測器系統總設計師。在同一時間段擔任兩個重要型號的總設計師，一面飛“月球”，一面奔“火星”。

領受任務的那個夜晚，仰望星空，孫澤洲不禁心潮翻涌。火星是繼月球之后，人類向深空邁出的下一步。飛得更高、跑得更遠是中國航天人的夢想和追求，“天問一號”是中國的航天器至今飛得最高、跑得最遠的一次。自己的夢想能與國家的夢想緊密融合在一起，是一種機遇，更是一種使命。

孫澤洲穿著一套航天工裝，中等個，小眼睛，皮膚黝黑，話不多。如果不介紹的話，很難將他與航天工程兩個重要型號的總設計師這一身份聯系在一起。

我問他：“從‘探月’到‘探火’，它們之間的區別在哪里？”

孫澤洲告訴我，首先是距離的差別。地球到月球平均距離約38萬公里，地球到火星的距離最遠可以達到4億公里，后者是前者的1000多倍。探測月球，幾天即可到達；前往火星，則要幾個月，還要等待發射窗口。所以，必須先解決“能不能到達”的問題。

“即使我們的探測器有能力到達火星，還有許多難題在等著我們：火星大氣稀薄，而且受季節、晝夜、火星風暴等的影響，非常不穩定；火星表面地形復雜，遍布巖石、斜坡、溝壑，塵暴也較地球更為嚴重。這些現實因素都給著陸火星帶來了極大困難。我們必須在高效能源、自主導航、精確控制、遠距離測控通信等高新技術上有較大突破，必須解決適應極端環境的材料、元器件和相關制造工藝等基礎技術難題。”

我國首次火星探測任務起步雖晚，但起點高，且從立項開始就瞄準世界先進水平，明確提出通過一次發射，完成“環繞、著陸、巡視探測”三大任務的目標——這在國際上尚屬首次。如果能夠實現這一目標，我國將成為世界上第二個獨立掌握火星著陸巡視探測技術的國家。

4月24日是中國航天日。2020年的這一天，國家航天局公布：“天問一號”將在2020年發射窗口發射，于2021年抵達火星。

孫澤洲說：“這不僅僅是一般意義的距離跨越，更是一種精神高度的飛躍。”

嫦娥四號

1970年4月24日，“東方紅一號”人造地球衛星發射成功。

那顆會唱歌的“中國星”，讓中國人揚眉吐氣。中國成為繼蘇聯、美國、法國、日本之后，世界上第五個能獨立研制和發射人造地球衛星的國家。

同年，孫澤洲在沈陽飛機制造廠家屬院里出生。“沈飛”航空氛圍濃烈，孫澤洲從小耳濡目染。高中畢業，他自然而然選擇“航空航天”，報考了南京航空航天大學，學習電子工程專業。1992年畢業后，他被分配到中國空間技術研究院總體部，先后參與了“資源一號”“資源二號”和“實踐五號”衛星的總體研制。2001年，孫澤洲參加繞月探測工程前期論證，并負責星載測控分系統論證。

2004年，孫澤洲被任命為“嫦娥一號”衛星副總設計師，成為“嫦娥一號”衛星總設計師兼總指揮葉培建的助手。葉培建曾非常自豪地說：“‘嫦娥一號’隊伍是一支很年輕的隊伍，副總師孫澤洲34歲，其他副總師也都很年輕。他們經過‘嫦娥一號’的鍛煉，后來都挑起了大梁。”

1959年，蘇聯發射人類第一顆月球探測器；1969年，美國宇航員在月球上留下了人類的第一個足印。由于天體“潮汐鎖定”效應，月球有一面永遠對著地球，我們把這一面叫正面。可是，月球背面從來沒有人類到訪過。

“嫦娥一號”“嫦娥二號”“嫦娥三號”“嫦娥四號”……航天人苦心孤詣，殫精竭慮。“嫦娥四號”選擇在月球背面著陸巡視。這是人類航天史上的重大突破。

在月背登陸有三個重要科學意義。第一，在月背巡視，開展地形地貌測量、淺層結構和礦物成分探測，將為人類研究月球礦物質結構和太陽系起源提供更豐富的第一手資料。第二，由于月球自身的遮擋，月背沒有來自地球的一系列輻射電磁干擾，干凈的空間環境適合開展各類天文觀測。第三，登陸月背是極具想象力且需要巨大勇氣的科研實踐，可以催生并推動一系列高新技術的快速發展，對我國的科技創新與發展將產生積極而深遠的影響。

作為“嫦娥四號”探測器系統總設計師，孫澤洲激情滿懷，躍躍欲試，卻又壓力巨大。當時，地球上的測控站無法直接與月球背面建立無線電通信，也無法對飛越或著陸月背的探測器進行測控。所以，“嫦娥四號”探測器想降落在月背，首先必須解決如何實現月背與地面的通信難題，而這道難題當時在全世界都沒有成熟的經驗可供借鑒。

孫澤洲鼓勵大家：“這個成熟經驗必定由我們來給！”

然而，一個個方案被推翻，一條條道路被堵死。多少個夜晚，孫澤洲抬頭仰望長空，苦思冥想，恨不得能長出一雙巨臂，將那輪明月扳過身子來。

孫澤洲帶領專家們經過一次次論證和分析，最后選擇了在地月連線的延長線上地月拉格朗日L2點布置中繼星，作為連接地球和月球背面的“通信基站”。這貫通地月的美麗“鵲橋”，可以全時支撐“嫦娥四號”與地面的中繼通信。

2018年5月21日，我國首顆月球中繼星“鵲橋號”搭乘長征四號丙運載火箭從西昌衛星發射中心發射升空。經過4天的飛行，“鵲橋號”成功實施近月制動，順利進入L2轉移軌道。

2018年12月8日2時23分，“嫦娥四號”搭乘長征三號乙運載火箭，從西昌衛星發射中心發射升空，開始奔向月球背面。

2019年1月3日10時26分，經過連續26天幾十萬公里的長途跋涉，“嫦娥四號”穩穩著陸于月球背面南極艾特肯盆地內的“馮·卡門撞擊坑”內。

22時22分，“玉兔二號”披一身銀袍，舒展雙翼，似乎在用銳利的目光環顧這個陌生的世界，然后勇敢地行駛到轉移梯子上，穩健地踏上月面。兩道車轍仿佛在自豪地向世界宣布：月背，我來了！

中國成為世界上第一個成功實現月球背面軟著陸的國家。“玉兔二號”自主導航，一路向西，不斷前進，不斷探測，獲取了月球背面大量高清影像圖，揭開了月背的神秘面紗。

2013年五四青年節，習近平總書記到中國空間技術研究院，同各界青年代表座談并發表重要講話。孫澤洲作為航天系統代表參加座談會，他結合自身成長的經歷，談了航天青年在實現中國夢實踐中應有的使命和擔當。

聽完孫澤洲的發言，總書記問孫澤洲是哪里畢業的？孫澤洲回答“南京航空航天大學”。“沒有去留學嗎？”“沒有，是祖國培養的。”

了解到創造了諸多輝煌業績的航天團隊中的許多人才是自己培養的，總書記很有感觸。總書記說，我們要堅信，堅持中國特色社會主義道路、理論、制度，堅持投身中華民族偉大復興的大業，就一定會出大師、出更多大師，這方面要有充分的自信。

總書記在講話中指出：“只有進行了激情奮斗的青春，只有進行了頑強拼搏的青春，只有為人民作出了奉獻的青春，才會留下充實、溫暖、持久、無悔的青春回憶。”

天問一號

向著火星，豪邁出發！

迢迢4億公里，稱得上是真正意義上的漫漫征途。孫澤洲將滿腔熱血和全部智慧寄托廣袤寰宇，帶領團隊開始一次新的攀登。

著陸火星時，“天問一號”探測器將在火星停泊軌道實施降軌，機動至“火星進入軌道”。隨后，環繞器與著陸巡視器兩器分離，環繞器升軌返回停泊軌道，著陸巡視器運行到距離火星表面125公里高度的進入點，開始進入火星大氣。

“天問一號”首先面臨的是探測器進入方式的選擇：一種是技術控制難度相對較低的彈道式進入方案，另一種是技術復雜的彈道升力式進入方案。選用哪種方案對火星著陸探測至關重要。孫澤洲組織總體、軌道、氣動、GNC（制導、導航和控制）、推進、結構機構等多專業設計師團隊，開展聯合攻關，進行了大量多工況的仿真對比分析。研究發現，彈道式進入方案，配置上較為簡單，構型布局設計壓力小，但由于火星大氣參數不確定性較大，包括開傘高度在內的多項關鍵系統指標的裕度太低，正常工況下存在著陸失敗的可能風險。彈道升力式進入則因有一定的升力，可以顯著改善開傘高度，對大氣參數、氣動參數和進入點條件的適應能力很強，但這種方案，需要再增加相應控制和推進功能。

中國首次火星探測任務工程總設計師張榮橋一直在關注著探測器的進入方案。他說：“‘天問一號’有五大系統，在發射的那一刻，必須保證每個系統所有的設備設施狀態良好，所有的操作精準到位，所有的氣象條件滿足要求。其中，保證探測器順利著陸，是重中之重！”

經過各種方案的比對迭代，我國首次火星探測任務最終采用彈道升力式進入方案。孫澤洲說：“雖然系統復雜了，工作難度增大了，但是通過我們自己的努力和工作，可以降低任務的固有風險，這樣做是值得的。”

“天問一號”探測器降落過程，要經歷“黑色9分鐘”。因為在這9分鐘里，探測器需從時速約4.8千米/秒降至0，經歷氣動減速、降落傘減速、動力減速、懸停避障和著陸緩沖五個階段。著陸巡視器要完成10多個動作，每個動作只有一次機會；而地球信號傳到著陸器要20多分鐘，遠大于9分鐘的著陸時間。這意味著降落全過程的所有動作都需要著陸器自主完成，這對GNC系統的軟件和硬件要求極高。

GNC系統方案設計師郭敏文告訴我：“我主要負責這9分鐘里的前5分鐘，即大氣進入過程的軌跡設計和制導算法設計。”眼前這位瘦小、纖細的女設計師，在“黑色9分鐘”中，她要掌控“5分鐘”！如此強大的能量，讓我不由得肅然起敬。

郭敏文說：“孫澤洲總師要求探測器在我們控制算法的指揮下，挺過‘黑色9分鐘’，順利著陸火星表面。我們的任務是為進入艙規劃好安全又精確的飛行路線，讓進入艙不是盲目地、一股腦兒地扎入火星大氣，而是成為可控的火星大氣中的輕盈舞者。”

“‘輕盈舞者’這個詞挺文藝的，”我問，“可怎么才能做到‘輕盈’？”我一時半會兒無法領會其中的“奧秘”，但已經隱隱約約感受到了他們團隊嘔心瀝血的付出和孜孜以求的工作態度。

郭敏文想了想，說：“我們遇到了許多問題，就好比某次出行，起始點離目的地很遠，恰巧這段路路況又特別差，而我們開的是一輛提速轉彎能力都很弱的老年代步車，那么我們如何在各種很嚴格的約束下，到達目的地呢？如果一味地追求快速，不僅到不了目的地，還可能把車開散了架。簡單說，我們會根據實際飛行的誤差，重新調整目標落點、調整標稱飛行軌跡，以確保開傘狀態滿足約束。這背后是整個項目組數千小時的努力與汗水，我們選擇的也許是一種‘笨’方法，然而科學的‘笨’方法，卻是最佳的捷徑。什么是成功？當你排除了所有其他的可能性，最后的一條路就是通往成功的坦途。”

進入方案解決了，孫澤洲還要帶領團隊攻克許多難關：如何讓降落傘順利開傘，并保證降落傘的穩定性；如何讓火星車駛離著陸平臺，并在火星表面穩穩地走起來；如何讓火星車上的載荷全部發揮作用……

2021年5月15日7時18分，“天問一號”著陸巡視器順利著陸于火星烏托邦平原南部的預定著陸區。

5月22日10時40分，“祝融號”火星車安全駛離著陸平臺，穩健地向前行駛。在它前進的車轍上，留下一個個醒目的“中”字。

中華民族千年火星夢，終于夢想成真！

火星，我們來了

我國首次火星探測任務是一個“三新”工程——新火箭、新探測器、新發射場。

“天問一號”探測器新在何處？

孫澤洲告訴我，行星際測控通信技術是火星探測任務的關鍵技術之一。為了可靠實現地面測控站與“天問一號”探測器的測控通信問題，在國家地面深空測控站的大力支持下，“天問一號”測控器通信設備測控應答機采用數字化技術，大大提升了應答機的接收靈敏度，可以實現對-155dBm微弱信號的接收處理，測控器將根據地面測控站發送的控制命令，完成相應的飛行控制任務。同時，采用自主信噪比估計和自適應傳輸技術，利用環繞火星飛行的環繞器，構建起火星車與地球之間的數據中繼鏈路，將火星車的探測數據高效地傳輸回地球。

為了降低實際飛行風險，必須先在地面進行更多試驗驗證。孫澤洲率領探測器團隊，建造了火星著陸模擬著陸場等一系列試驗設施，完成了上萬次數學仿真、成百上千次桌面聯試，以及多次模擬火星環境條件的大型地面試驗。這期間挫折不斷，歷經千辛萬苦。

火星車抵達火星表面后，還要經歷崎嶇的地形、形形色色的障礙、寒冷的夜晚、多變的塵暴等考驗。火星車既要有“火眼金睛”以洞察地形、跨越障礙，又要有強大的移動能力。由于火星上有稀薄大氣，衛星常用的隔熱保暖“衣服”不再適用了，需要配備新的“防護鎧甲”，以抵御夜晚的寒冷。“天問一號”使用了許多新技術，研制了更高分辨率的導航相機、可以改變移動形態的主動懸架、納米氣凝膠隔熱材料等。正如孫澤洲所說：“‘天問一號’的研制過程，其實就是一次不斷迎接挑戰、不斷創新的過程。”

“天問一號”探測器順利著陸火星，“祝融號”火星車轉入巡視階段，一場真正的大戲開演了。

火星車在火星表面的工作分為三步：環境感知、火面移動、科學探測。

張榮橋率指控團隊、探測器團隊、地面應用團隊坐鎮飛控大廳，遙控火星上的“祝融號”火星車。地面最主要的工作，就是根據圖像，了解火星車周圍的障礙狀況，分析去哪里探測收獲最大，制定行動路線，再把控制指令發給火星車。

孫澤洲神色淡定，忽而盯視著屏幕上的數據，忽而又擰眉沉思，像是一名特戰隊隊長，正帶領隊員穿越“死亡地帶”……讓他感到底氣十足的是，有一支技術過硬的飛行控制團隊，在為這次行動做保障。

火星車傳回來的一張圖片，引起孫澤洲的警覺。他對火星車遙操作總體主任設計師張輝說：“車左邊的地面比較松軟，一定要特別小心駕駛。”

“火星車在松軟沙地容易沉陷，”探測器系統副總設計師賈陽說，“如果一不小心6個車輪都沉陷到車軸，脫困就麻煩了。當年美國的‘勇氣號’火星車曾經多次沉陷，有時得用一個多月才從沙坑里走出來。”

團隊每天最關心的還有火星車的能源平衡情況。如果著陸點位置發生沙塵暴，最直接的表現就是電能不足，需要采取關閉部分設備等辦法，減少能源消耗。如果太陽能電池板上沙塵積累太多，導致電能減少，火星車還有一個抖翅膀的“絕招”，傾斜太陽能電池板讓砂粒滑落。實在不行，就讓火星車進入休眠狀態，等待環境條件變好。

2021年6月25日，火星時10點25分，遙操作團隊按計劃控制“祝融號”火星車實施了站點的全局感知，獲取了南向巡視探測以來經歷的第一個月牙形的沙丘全貌。

地面應用系統總設計師劉建軍輕聲喊了起來：“哇，火星沙丘！”

這一路下來，“祝融號”都是行駛在硬戈壁地面上，頭一回遇見沙丘，大家都很興奮。科學家希望通過對亮色沙丘的近距離探測，獲取火星風成地貌的演化過程，追溯其來源機制，反演火星古風場和古氣候特征。器載科學儀器的探測約束，要求車子盡可能抵近沙丘，但沙地容易沉陷，這與火星車的移動安全約束在某種程度上是一對矛盾。

6月26日，火星車遙操作團隊對抵近路徑規劃策略反復進行了校核驗證后，上傳指令。下傳的圖像顯示，地面控制火星車一共移動了10.77米，精確抵達了探測點1。

劉建軍很滿意，說：“抵近移動控制精準，‘祝融號’夠給力的。”

6月28日，火星車移動2.29米，抵近探測點2。乘勝前進，火星車準備再向探測點3靠攏。但在此時，出現了意見分歧。

張輝拿著從火星傳來的圖像，說：“不能再靠近了，你們看看圖片，左邊這個車輪已經有點兒沉陷的預兆了。”劉建軍接過圖片，端詳了片刻說：“張輝，咱們車上配置的物質成分探測儀，是越靠近，效果才越好。”

張輝說：“這個我理解，但是再靠近，萬一火星車陷入松軟的沙地里怎么辦？”劉建軍不死心，說：“這個沙丘可遇不可求，是個具有很高價值的研究對象，或許，往前再走走，就有一個重大的科學發現。”

“劉總，不是我們不想努力，而是這個責任我們承擔不起。”見張輝似乎拿準了主意，劉建軍急得只好求助賈陽，說：“賈總，車的情況你最了解，你說呢？”賈陽又仔細看了圖像，說：“從傳回的數據看，車子的狀態還非常好，各項功能都很正常。但左邊那個輪子是稍稍有些沉陷。”

這就兩難了：靠攏，車有風險；停止前進，車安全了，卻無法取得最佳科考目的。

大家將目光轉向孫澤洲。孫澤洲思考了片刻，說：“我覺得咱們遇到的問題，涉及為什么要搞火星探測的初衷了。這么多人，忙乎了幾年，‘天問一號’發射成功，探測器著陸也成功了，最后一步就是為科學探測提供服務。如果這種服務達不到科學家的要求，那不僅僅是一個‘遺憾’的問題，而是我們的活沒干好，沒把事情做到極致。這些年的經驗告訴我們，凡是取得重大成功的項目，沒有一個不是做到極致的。”

孫澤洲望了大家一眼，接著說：“再有一點，就是怎么看待風險？干航天項目，什么時候沒有風險？發射沒有風險？著陸沒有風險？可以說時時刻刻都與風險相伴，但這些風險都被我們一一化解了。事情往往是這樣，成功之中夾帶著風險，而風險中也孕育著成功。現在車子再往前靠攏一些，會有風險，但只要我們把預案和地面仿真做充分了，我覺得是能夠滿足科學家的要求的。盡力幫助科學家拿到他們需要的數據，這是‘祝融號’責無旁貸的使命。”

“同意孫總的意見。”賈陽說，“在火星上‘開車’，一定要慎之又慎，但并非要求它四平八穩，不敢越雷池一步。如果那樣，它就成了一種擺設，成了一輛玩具車了。一定要將它的十八般武藝發揮到極致，把它的價值充分展現出來。”

張輝也來勁了，說：“好，我們一定盡力！”

為了確保萬無一失，孫澤洲決定將最終探測點的位置和火星車的姿態要求，在地面再進行一次復核確定，并同時進行仿真驗證和試驗測算。

仿真驗證和試驗測算均合乎要求。

“祝融號”精神抖擻，再一次從這片古老的土地出發。面對這片以億萬年來計算的土地，時間都仿佛凝固住了。“祝融號”小心翼翼向左移動2.59米，精準抵達探測點3，車上的載荷設備滿負荷全力工作，獲取了大量的沙丘探測數據。

科學家面對傳回的一張張圖片，難掩心中的喜悅。沙丘上細膩的金黃色沙粒，粒粒飽滿、結實，像是晚秋成熟了的谷粒，散發出一種神秘的光芒。這些火星上的沙粒，見證了這個古老星球的滄桑，仿佛在訴說著變幻莫測的深空傳奇。

“祝融號”繼續向前，在行駛中又探測了5處沙丘，為開展火星風沙活動和古氣候研究提供了獨一無二的一手科學數據。

“祝融號”前進速度是按一厘米一厘米計算的。它每前進一步，都是中國航天人挑戰自我、認識和利用星球能力的充分展示。

“天問一號”火星探測任務的圓滿成功，凝注的是全體中國航天人的智慧和心血，依靠的是國家的綜合實力，匯聚的是中國人民的整體力量。

有位哲學家說：“你問去火星有什么意義，那么請問，若干億年前，海洋生物第一次爬上陸地有什么意義？”

張榮橋是這樣認為的：“如同一個不太富裕的家庭，為何要省吃儉用拿錢去培養孩子？家長是為了孩子的未來，提升孩子的能力。國家也是一樣，通過重大的、前瞻性的科學探索活動，來提升我們人類的自信心，提升我們國家的能力。”

我問孫澤洲為什么去火星，他告訴我：“人類的好奇心永無止境，人類探索的腳步從未停止。航天領域每一項重大工程的實施，都是一次新的飛躍！”