月背征途: 中國探月國家隊記錄人類首次登陸月球背面全過程(北京航天飛行控制中心)+嫦娥五號月球樣品研究前沿與進展(賀懷宇)
這兩本書都是延續年幼時閱讀主題喜好而來,沒什麼特別想寫的,兩本書算是流水式綜合了中國探月工程的行進過程,與成果,從嫦娥一號到嫦娥四號,玉兔號,二號的探月勘查過程,到嫦娥五號的月壤採樣,返回地球,及後續的研究初探.文本固然有著相對機械的敘事,活動步驟,但也介紹了許多相關的科學觀點,甚至是系統化的行動思維步驟,說明了許多常人不太能夠知道與理解的操作面問題,雖未必是什麼大學問,但一來這類書籍本來就不多,這已經算是不錯的書籍,二來就算有所謂的譯本,恐怕也多是上世紀的技術觀點,近期探月成功的只有中國,所以算是目前較新的東西與觀念介紹吧.
不管那些複雜的科學儀器,設備,"月背征途"提供的是一種觀念顛覆,至少對我來說是這麼回事.可能是受到影視,電影的影響,光是探月過程這件事應該被許多人給誤解,甚至誤導了,我們被引導想像成是一輛類似沙灘車的東西馳騁在月表,但其實真正的探月車,玉兔號可比想像中要笨多了.這裡的笨不是形容詞,而是動詞,要讓探月車前進,後退個一公尺,甚至轉彎,都沒想像中容易.一來是因為它的動力問題,使得它終究不可能如汽車,電動車,越野車那樣的在地球上的各類地形上疾行,只能緩行,玉兔二號在21個月的時間中,只前行了500多公尺而已,比想像中要少多了.二是因為月球表面的狀態與地球大不相同,地形的限制,坑窪隨處,探月車的輪胎模式,與動力狀態,使得它不可能像在地球上開汽車一樣,毫不猶豫的就直行越過,輾過這些地形.必須考慮會不會陷落造成後續無法動彈的窘境,大多是時候,操控的工作人員是考慮,再考慮當前行進的狀態,與透過儀器探勘傳回的目視能及的近處地形狀態不斷地討論,爭辯下一步的方向,步驟,前行方式,問題坑窪的應對方式,也就是說讓玉兔笨行的狀態,其實是一批極度聰明的人即時對現實的應對結果.三是月球的環境溫度,光照情況,直接影響了探月車的動力,設備的耐用情況,每一次步驟之後,都要考慮會不會被探月車設備的陰影阻擋了動力來源而影響了下一次動作的可能,要考慮月晝問題,所以必須有休眠時間,休眠點的選擇,再啟動時會有的問題,諸多細節,必須考慮再三.也就是說探月從外表看是一國科學實力總匯力量的表現,但實際上,也包括著該國對於複雜系統工程上從科學管理學的角度來看,分析與解決問題的能力.考慮的是科學人對複雜系統的管理決策能力.
"月背征途"裡那些看似枯燥的技術細節,反而最真實地呈現了探月工程的本質.書中披露的導航控制室工作場景令人印象深刻.數十塊螢幕同時顯示不同參數,工程師們得在月晝短暫的14個地球日內完成預定探測任務,每次指令下達都像在進行星際手術.特別是月夜來臨前必須精確計算探測器休眠角度,確保太陽能板能在下次月晝準時重啟,這種與日月賽跑的壓迫感,應該徹底顛覆了許多人對太空探索的浪漫想像.比如月球背面地形遠比正面崎嶇,嫦娥四號著陸區馮.卡門撞擊坑內佈滿了各種尺寸的撞擊坑和散落的巨石.面對這一挑戰,科研團隊開發了基於視覺的自主避障系統,使著陸器能夠在下降過程中實時識別危險地形並調整著陸點.嫦娥四號在預定著陸點南側一個直徑僅20米的小平原上著陸,距最近的撞擊坑邊緣僅8.4米,這一精度創造了月球軟著陸的新紀錄.
書中提到的"鵲橋"中繼星部署過程就是典型案例,這個解決月背通信難題的方案,實際上是將一顆衛星精確送到地月系統的L2點,並保持其在不穩定軌道上的長期駐留.地面團隊必須每週進行軌道修正,其精確度相當於從北京射箭命中上海一個持續移動的硬幣.這種動態平衡的工程哲學,與我們日常理解的一勞永逸技術方案截然不同,光是科學路徑的討論,決策,到使用相關儀器設備的選擇,都有其背後諸多因素的考量.
"嫦娥五號月球樣品研究前沿與進展"這本看似專業的論文集,卻藏著不少打破常識的發現,最讓人意外的是科學家對月壤"保鮮度"的描述.由於沒有大氣層保護,月球表面物質其實長期遭受太陽風轟擊,但嫦娥五號採集的年輕玄武岩,約20億年歷史,卻意外保存了月球內部的水分子證據.這就像在常年曝曬的沙漠中,突然發現了保存完好的冰塊,徹底改寫了對月球"乾燥"荒岩的傳統認知.書中透露的研究方法也頗具巧思,面對僅有1.731公斤的珍貴樣品,科學家們開發出"微損分析"技術,先用3D顯微鏡建立數字樣本,再用雷射剝蝕儀在微米尺度上取樣.研究團隊甚至發明了"樣品接力"模式,前一個實驗殘留的粉末會被小心收集,提供給下個團隊繼續使用.這種斤斤計較的科研態度,與我們以為實驗室常見的大量試錯誤模式形成強烈對比.
兩本書不約而同揭示了探月工程的真實困境.最難的往往不是單項技術突破,而是讓數萬個零件,數百個子系統在極端環境下協同工作.玉兔二號每移動一米都需要地面團隊進行三維地形重建,其決策流程包括立體相機拍攝周邊地形,模擬輪胎與月壤的相互作用參數,預測不同路徑的能耗與風險係數,選擇位移不超過30厘米的"最優下一步".這種"走一步看十步"的操作模式,解釋了為何兩年才走完半公里.書中某個細節特別生動,當有次玉兔號的輪胎陷入鬆軟月壤時,工程師們緊急調出阿波羅計劃的舊資料,發現當年美國探測車也遇過類似情況,最終是靠交替正反轉輪胎才脫困,這种跨半世紀的經驗運用,突顯航天工程解答的獨特積累方式.
對比閱讀兩本書會發現有趣的相互關係."月背征途"記載的每個工程決策,在"嫦娥五號研究"中都能找到科學回應.例如嫦娥四號選擇馮.卡門撞擊坑著陸,就是因為該區域可能暴露月球深部物質.而後續研究證實,這裡的月壤確實含有不同於其他區域的礦物組合.這種工程為科學探路,科學為工程導航的閉環,構成了探月模式的獨特性.拋開那些宏大敘事,這兩本書帶來的震撼是真正的尖端科技往往以最樸素的方式呈現.玉兔二號的移動速度約每分鐘5.6厘米,甚至慢過烏龜爬行,嫦娥五號採樣鑽頭的工作原理本質上與市電鑽相似,而決定月夜休眠的關鍵參數,竟是用Excel表格計算出來的,這種高科技低姿態的反差,或許才是工程科學的本真狀態,在無數平凡細節的疊加中,誕生不平凡的成就.
作為一名普通讀者,同時閱讀這兩本書是一次難得的精神之旅,結合勇攀科技高峰的豪情壯志與探索宇宙奧秘的理性光芒,既要有敢為人先的工程力,又要有嚴謹求真的科學精神.從這些面向看,這兩本書倒不失為值得閱讀的書籍.以上.
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