飞 跃
重 任
2016年9月，46岁的孙泽洲出任我国首次火星探测任务“天问一号”探测器系统总设计师。几个月前，孙泽洲刚被任命为“嫦娥四号”探测器系统总设计师。在同一时间段担任两个重要型号的总设计师，一面飞“月球”，一面奔“火星”。
领受任务的那个夜晚，仰望星空，孙泽洲不禁心潮翻涌。火星是继月球之后，人类向深空迈出的下一步。飞得更高、跑得更远是中国航天人的梦想和追求，“天问一号”是中国的航天器至今飞得最高、跑得最远的一次。自己的梦想能与国家的梦想紧密融合在一起，是一种机遇，更是一种使命。
孙泽洲穿着一套航天工装，中等个，小眼睛，皮肤黝黑，话不多。如果不介绍的话，很难将他与航天工程两个重要型号的总设计师这一身份联系在一起。
我问他：“从‘探月’到‘探火’，它们之间的区别在哪里？”
孙泽洲告诉我，首先是距离的差别。地球到月球平均距离约38万公里，地球到火星的距离最远可以达到4亿公里，后者是前者的1000多倍。探测月球，几天即可到达；前往火星，则要几个月，还要等待发射窗口。所以，必须先解决“能不能到达”的问题。
“即使我们的探测器有能力到达火星，还有许多难题在等着我们：火星大气稀薄，而且受季节、昼夜、火星风暴等的影响，非常不稳定；火星表面地形复杂，遍布岩石、斜坡、沟壑，尘暴也较地球更为严重。这些现实因素都给着陆火星带来了极大困难。我们必须在高效能源、自主导航、精确控制、远距离测控通信等高新技术上有较大突破，必须解决适应极端环境的材料、元器件和相关制造工艺等基础技术难题。”
我国首次火星探测任务起步虽晚，但起点高，且从立项开始就瞄准世界先进水平，明确提出通过一次发射，完成“环绕、着陆、巡视探测”三大任务的目标——这在国际上尚属首次。如果能够实现这一目标，我国将成为世界上第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。
4月24日是中国航天日。2020年的这一天，国家航天局公布：“天问一号”将在2020年发射窗口发射，于2021年抵达火星。
孙泽洲说：“这不仅仅是一般意义的距离跨越，更是一种精神高度的飞跃。”
嫦娥四号
1970年4月24日，“东方红一号”人造地球卫星发射成功。
那颗会唱歌的“中国星”，让中国人扬眉吐气。中国成为继苏联、美国、法国、日本之后，世界上第五个能独立研制和发射人造地球卫星的国家。
同年，孙泽洲在沈阳飞机制造厂家属院里出生。“沈飞”航空氛围浓烈，孙泽洲从小耳濡目染。高中毕业，他自然而然选择“航空航天”，报考了南京航空航天大学，学习电子工程专业。1992年毕业后，他被分配到中国空间技术研究院总体部，先后参与了“资源一号”“资源二号”和“实践五号”卫星的总体研制。2001年，孙泽洲参加绕月探测工程前期论证，并负责星载测控分系统论证。
2004年，孙泽洲被任命为“嫦娥一号”卫星副总设计师，成为“嫦娥一号”卫星总设计师兼总指挥叶培建的助手。叶培建曾非常自豪地说：“‘嫦娥一号’队伍是一支很年轻的队伍，副总师孙泽洲34岁，其他副总师也都很年轻。他们经过‘嫦娥一号’的锻炼，后来都挑起了大梁。”
1959年，苏联发射人类第一颗月球探测器；1969年，美国宇航员在月球上留下了人类的第一个足印。由于天体“潮汐锁定”效应，月球有一面永远对着地球，我们把这一面叫正面。可是，月球背面从来没有人类到访过。
“嫦娥一号”“嫦娥二号”“嫦娥三号”“嫦娥四号”……航天人苦心孤诣，殚精竭虑。“嫦娥四号”选择在月球背面着陆巡视。这是人类航天史上的重大突破。
在月背登陆有三个重要科学意义。第一，在月背巡视，开展地形地貌测量、浅层结构和矿物成分探测，将为人类研究月球矿物质结构和太阳系起源提供更丰富的第一手资料。第二，由于月球自身的遮挡，月背没有来自地球的一系列辐射电磁干扰，干净的空间环境适合开展各类天文观测。第三，登陆月背是极具想象力且需要巨大勇气的科研实践，可以催生并推动一系列高新技术的快速发展，对我国的科技创新与发展将产生积极而深远的影响。
作为“嫦娥四号”探测器系统总设计师，孙泽洲激情满怀，跃跃欲试，却又压力巨大。当时，地球上的测控站无法直接与月球背面建立无线电通信，也无法对飞越或着陆月背的探测器进行测控。所以，“嫦娥四号”探测器想降落在月背，首先必须解决如何实现月背与地面的通信难题，而这道难题当时在全世界都没有成熟的经验可供借鉴。
孙泽洲鼓励大家：“这个成熟经验必定由我们来给！”
然而，一个个方案被推翻，一条条道路被堵死。多少个夜晚，孙泽洲抬头仰望长空，苦思冥想，恨不得能长出一双巨臂，将那轮明月扳过身子来。
孙泽洲带领专家们经过一次次论证和分析，最后选择了在地月连线的延长线上地月拉格朗日L2点布置中继星，作为连接地球和月球背面的“通信基站”。这贯通地月的美丽“鹊桥”，可以全时支撑“嫦娥四号”与地面的中继通信。
2018年5月21日，我国首颗月球中继星“鹊桥号”搭乘长征四号丙运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空。经过4天的飞行，“鹊桥号”成功实施近月制动，顺利进入L2转移轨道。
2018年12月8日2时23分，“嫦娥四号”搭乘长征三号乙运载火箭，从西昌卫星发射中心发射升空，开始奔向月球背面。
2019年1月3日10时26分，经过连续26天几十万公里的长途跋涉，“嫦娥四号”稳稳着陆于月球背面南极艾特肯盆地内的“冯·卡门撞击坑”内。
22时22分，“玉兔二号”披一身银袍，舒展双翼，似乎在用锐利的目光环顾这个陌生的世界，然后勇敢地行驶到转移梯子上，稳健地踏上月面。两道车辙仿佛在自豪地向世界宣布：月背，我来了！
中国成为世界上第一个成功实现月球背面软着陆的国家。“玉兔二号”自主导航，一路向西，不断前进，不断探测，获取了月球背面大量高清影像图，揭开了月背的神秘面纱。
2013年五四青年节，习近平总书记到中国空间技术研究院，同各界青年代表座谈并发表重要讲话。孙泽洲作为航天系统代表参加座谈会，他结合自身成长的经历，谈了航天青年在实现中国梦实践中应有的使命和担当。
听完孙泽洲的发言，总书记问孙泽洲是哪里毕业的？孙泽洲回答“南京航空航天大学”。“没有去留学吗？”“没有，是祖国培养的。”
了解到创造了诸多辉煌业绩的航天团队中的许多人才是自己培养的，总书记很有感触。总书记说，我们要坚信，坚持中国特色社会主义道路、理论、制度，坚持投身中华民族伟大复兴的大业，就一定会出大师、出更多大师，这方面要有充分的自信。
总书记在讲话中指出：“只有进行了激情奋斗的青春，只有进行了顽强拼搏的青春，只有为人民作出了奉献的青春，才会留下充实、温暖、持久、无悔的青春回忆。”
天问一号
向着火星，豪迈出发！
迢迢4亿公里，称得上是真正意义上的漫漫征途。孙泽洲将满腔热血和全部智慧寄托广袤寰宇，带领团队开始一次新的攀登。
着陆火星时，“天问一号”探测器将在火星停泊轨道实施降轨，机动至“火星进入轨道”。随后，环绕器与着陆巡视器两器分离，环绕器升轨返回停泊轨道，着陆巡视器运行到距离火星表面125公里高度的进入点，开始进入火星大气。
“天问一号”首先面临的是探测器进入方式的选择：一种是技术控制难度相对较低的弹道式进入方案，另一种是技术复杂的弹道升力式进入方案。选用哪种方案对火星着陆探测至关重要。孙泽洲组织总体、轨道、气动、GNC（制导、导航和控制）、推进、结构机构等多专业设计师团队，开展联合攻关，进行了大量多工况的仿真对比分析。研究发现，弹道式进入方案，配置上较为简单，构型布局设计压力小，但由于火星大气参数不确定性较大，包括开伞高度在内的多项关键系统指标的裕度太低，正常工况下存在着陆失败的可能风险。弹道升力式进入则因有一定的升力，可以显著改善开伞高度，对大气参数、气动参数和进入点条件的适应能力很强，但这种方案，需要再增加相应控制和推进功能。
中国首次火星探测任务工程总设计师张荣桥一直在关注着探测器的进入方案。他说：“‘天问一号’有五大系统，在发射的那一刻，必须保证每个系统所有的设备设施状态良好，所有的操作精准到位，所有的气象条件满足要求。其中，保证探测器顺利着陆，是重中之重！”
经过各种方案的比对迭代，我国首次火星探测任务最终采用弹道升力式进入方案。孙泽洲说：“虽然系统复杂了，工作难度增大了，但是通过我们自己的努力和工作，可以降低任务的固有风险，这样做是值得的。”
“天问一号”探测器降落过程，要经历“黑色9分钟”。因为在这9分钟里，探测器需从时速约4.8千米/秒降至0，经历气动减速、降落伞减速、动力减速、悬停避障和着陆缓冲五个阶段。着陆巡视器要完成10多个动作，每个动作只有一次机会；而地球信号传到着陆器要20多分钟，远大于9分钟的着陆时间。这意味着降落全过程的所有动作都需要着陆器自主完成，这对GNC系统的软件和硬件要求极高。
GNC系统方案设计师郭敏文告诉我：“我主要负责这9分钟里的前5分钟，即大气进入过程的轨迹设计和制导算法设计。”眼前这位瘦小、纤细的女设计师，在“黑色9分钟”中，她要掌控“5分钟”！如此强大的能量，让我不由得肃然起敬。
郭敏文说：“孙泽洲总师要求探测器在我们控制算法的指挥下，挺过‘黑色9分钟’，顺利着陆火星表面。我们的任务是为进入舱规划好安全又精确的飞行路线，让进入舱不是盲目地、一股脑儿地扎入火星大气，而是成为可控的火星大气中的轻盈舞者。”
“‘轻盈舞者’这个词挺文艺的，”我问，“可怎么才能做到‘轻盈’？”我一时半会儿无法领会其中的“奥秘”，但已经隐隐约约感受到了他们团队呕心沥血的付出和孜孜以求的工作态度。
郭敏文想了想，说：“我们遇到了许多问题，就好比某次出行，起始点离目的地很远，恰巧这段路路况又特别差，而我们开的是一辆提速转弯能力都很弱的老年代步车，那么我们如何在各种很严格的约束下，到达目的地呢？如果一味地追求快速，不仅到不了目的地，还可能把车开散了架。简单说，我们会根据实际飞行的误差，重新调整目标落点、调整标称飞行轨迹，以确保开伞状态满足约束。这背后是整个项目组数千小时的努力与汗水，我们选择的也许是一种‘笨’方法，然而科学的‘笨’方法，却是最佳的捷径。什么是成功？当你排除了所有其他的可能性，最后的一条路就是通往成功的坦途。”
进入方案解决了，孙泽洲还要带领团队攻克许多难关：如何让降落伞顺利开伞，并保证降落伞的稳定性；如何让火星车驶离着陆平台，并在火星表面稳稳地走起来；如何让火星车上的载荷全部发挥作用……
2021年5月15日7时18分，“天问一号”着陆巡视器顺利着陆于火星乌托邦平原南部的预定着陆区。
5月22日10时40分，“祝融号”火星车安全驶离着陆平台，稳健地向前行驶。在它前进的车辙上，留下一个个醒目的“中”字。
中华民族千年火星梦，终于梦想成真！
火星，我们来了
我国首次火星探测任务是一个“三新”工程——新火箭、新探测器、新发射场。
“天问一号”探测器新在何处？
孙泽洲告诉我，行星际测控通信技术是火星探测任务的关键技术之一。为了可靠实现地面测控站与“天问一号”探测器的测控通信问题，在国家地面深空测控站的大力支持下，“天问一号”测控器通信设备测控应答机采用数字化技术，大大提升了应答机的接收灵敏度，可以实现对-155dBm微弱信号的接收处理，测控器将根据地面测控站发送的控制命令，完成相应的飞行控制任务。同时，采用自主信噪比估计和自适应传输技术，利用环绕火星飞行的环绕器，构建起火星车与地球之间的数据中继链路，将火星车的探测数据高效地传输回地球。
为了降低实际飞行风险，必须先在地面进行更多试验验证。孙泽洲率领探测器团队，建造了火星着陆模拟着陆场等一系列试验设施，完成了上万次数学仿真、成百上千次桌面联试，以及多次模拟火星环境条件的大型地面试验。这期间挫折不断，历经千辛万苦。
火星车抵达火星表面后，还要经历崎岖的地形、形形色色的障碍、寒冷的夜晚、多变的尘暴等考验。火星车既要有“火眼金睛”以洞察地形、跨越障碍，又要有强大的移动能力。由于火星上有稀薄大气，卫星常用的隔热保暖“衣服”不再适用了，需要配备新的“防护铠甲”，以抵御夜晚的寒冷。“天问一号”使用了许多新技术，研制了更高分辨率的导航相机、可以改变移动形态的主动悬架、纳米气凝胶隔热材料等。正如孙泽洲所说：“‘天问一号’的研制过程，其实就是一次不断迎接挑战、不断创新的过程。”
“天问一号”探测器顺利着陆火星，“祝融号”火星车转入巡视阶段，一场真正的大戏开演了。
火星车在火星表面的工作分为三步：环境感知、火面移动、科学探测。
张荣桥率指控团队、探测器团队、地面应用团队坐镇飞控大厅，遥控火星上的“祝融号”火星车。地面最主要的工作，就是根据图像，了解火星车周围的障碍状况，分析去哪里探测收获最大，制定行动路线，再把控制指令发给火星车。
孙泽洲神色淡定，忽而盯视着屏幕上的数据，忽而又拧眉沉思，像是一名特战队队长，正带领队员穿越“死亡地带”……让他感到底气十足的是，有一支技术过硬的飞行控制团队，在为这次行动做保障。
火星车传回来的一张图片，引起孙泽洲的警觉。他对火星车遥操作总体主任设计师张辉说：“车左边的地面比较松软，一定要特别小心驾驶。”
“火星车在松软沙地容易沉陷，”探测器系统副总设计师贾阳说，“如果一不小心6个车轮都沉陷到车轴，脱困就麻烦了。当年美国的‘勇气号’火星车曾经多次沉陷，有时得用一个多月才从沙坑里走出来。”
团队每天最关心的还有火星车的能源平衡情况。如果着陆点位置发生沙尘暴，最直接的表现就是电能不足，需要采取关闭部分设备等办法，减少能源消耗。如果太阳能电池板上沙尘积累太多，导致电能减少，火星车还有一个抖翅膀的“绝招”，倾斜太阳能电池板让砂粒滑落。实在不行，就让火星车进入休眠状态，等待环境条件变好。
2021年6月25日，火星时10点25分，遥操作团队按计划控制“祝融号”火星车实施了站点的全局感知，获取了南向巡视探测以来经历的第一个月牙形的沙丘全貌。
地面应用系统总设计师刘建军轻声喊了起来：“哇，火星沙丘！”
这一路下来，“祝融号”都是行驶在硬戈壁地面上，头一回遇见沙丘，大家都很兴奋。科学家希望通过对亮色沙丘的近距离探测，获取火星风成地貌的演化过程，追溯其来源机制，反演火星古风场和古气候特征。器载科学仪器的探测约束，要求车子尽可能抵近沙丘，但沙地容易沉陷，这与火星车的移动安全约束在某种程度上是一对矛盾。
6月26日，火星车遥操作团队对抵近路径规划策略反复进行了校核验证后，上传指令。下传的图像显示，地面控制火星车一共移动了10.77米，精确抵达了探测点1。
刘建军很满意，说：“抵近移动控制精准，‘祝融号’够给力的。”
6月28日，火星车移动2.29米，抵近探测点2。乘胜前进，火星车准备再向探测点3靠拢。但在此时，出现了意见分歧。
张辉拿着从火星传来的图像，说：“不能再靠近了，你们看看图片，左边这个车轮已经有点儿沉陷的预兆了。”刘建军接过图片，端详了片刻说：“张辉，咱们车上配置的物质成分探测仪，是越靠近，效果才越好。”
张辉说：“这个我理解，但是再靠近，万一火星车陷入松软的沙地里怎么办？”刘建军不死心，说：“这个沙丘可遇不可求，是个具有很高价值的研究对象，或许，往前再走走，就有一个重大的科学发现。”
“刘总，不是我们不想努力，而是这个责任我们承担不起。”见张辉似乎拿准了主意，刘建军急得只好求助贾阳，说：“贾总，车的情况你最了解，你说呢？”贾阳又仔细看了图像，说：“从传回的数据看，车子的状态还非常好，各项功能都很正常。但左边那个轮子是稍稍有些沉陷。”
这就两难了：靠拢，车有风险；停止前进，车安全了，却无法取得最佳科考目的。
大家将目光转向孙泽洲。孙泽洲思考了片刻，说：“我觉得咱们遇到的问题，涉及为什么要搞火星探测的初衷了。这么多人，忙乎了几年，‘天问一号’发射成功，探测器着陆也成功了，最后一步就是为科学探测提供服务。如果这种服务达不到科学家的要求，那不仅仅是一个‘遗憾’的问题，而是我们的活没干好，没把事情做到极致。这些年的经验告诉我们，凡是取得重大成功的项目，没有一个不是做到极致的。”
孙泽洲望了大家一眼，接着说：“再有一点，就是怎么看待风险？干航天项目，什么时候没有风险？发射没有风险？着陆没有风险？可以说时时刻刻都与风险相伴，但这些风险都被我们一一化解了。事情往往是这样，成功之中夹带着风险，而风险中也孕育着成功。现在车子再往前靠拢一些，会有风险，但只要我们把预案和地面仿真做充分了，我觉得是能够满足科学家的要求的。尽力帮助科学家拿到他们需要的数据，这是‘祝融号’责无旁贷的使命。”
“同意孙总的意见。”贾阳说，“在火星上‘开车’，一定要慎之又慎，但并非要求它四平八稳，不敢越雷池一步。如果那样，它就成了一种摆设，成了一辆玩具车了。一定要将它的十八般武艺发挥到极致，把它的价值充分展现出来。”
张辉也来劲了，说：“好，我们一定尽力！”
为了确保万无一失，孙泽洲决定将最终探测点的位置和火星车的姿态要求，在地面再进行一次复核确定，并同时进行仿真验证和试验测算。
仿真验证和试验测算均合乎要求。
“祝融号”精神抖擞，再一次从这片古老的土地出发。面对这片以亿万年来计算的土地，时间都仿佛凝固住了。“祝融号”小心翼翼向左移动2.59米，精准抵达探测点3，车上的载荷设备满负荷全力工作，获取了大量的沙丘探测数据。
科学家面对传回的一张张图片，难掩心中的喜悦。沙丘上细腻的金黄色沙粒，粒粒饱满、结实，像是晚秋成熟了的谷粒，散发出一种神秘的光芒。这些火星上的沙粒，见证了这个古老星球的沧桑，仿佛在诉说着变幻莫测的深空传奇。
“祝融号”继续向前，在行驶中又探测了5处沙丘，为开展火星风沙活动和古气候研究提供了独一无二的一手科学数据。
“祝融号”前进速度是按一厘米一厘米计算的。它每前进一步，都是中国航天人挑战自我、认识和利用星球能力的充分展示。
“天问一号”火星探测任务的圆满成功，凝注的是全体中国航天人的智慧和心血，依靠的是国家的综合实力，汇聚的是中国人民的整体力量。
有位哲学家说：“你问去火星有什么意义，那么请问，若干亿年前，海洋生物第一次爬上陆地有什么意义？”
张荣桥是这样认为的：“如同一个不太富裕的家庭，为何要省吃俭用拿钱去培养孩子？家长是为了孩子的未来，提升孩子的能力。国家也是一样，通过重大的、前瞻性的科学探索活动，来提升我们人类的自信心，提升我们国家的能力。”
我问孙泽洲为什么去火星，他告诉我：“人类的好奇心永无止境，人类探索的脚步从未停止。航天领域每一项重大工程的实施，都是一次新的飞跃！”
