“明月幾時有？把酒問青天。不知天上宮闕，今夕是何年。”
每逢中秋佳節(jié)，人們總不禁會遙想起中國古代神話里那位久居月宮的女子——嫦娥。也正因此，中國人將自己的首個探月工程命名為“嫦娥工程”，以此寄托對探索月球的無盡向往。
作為國家重大科技專項，“嫦娥工程”是我國在發(fā)展人造衛(wèi)星和載人航天之后，空間科學和技術發(fā)展史上的第三個里程碑。在將“嫦娥”姐妹送往月宮的征程中，中國科學院國家空間科學中心在連接科學家、工程總體、探測器系統(tǒng)、地面應用系統(tǒng)及有效載荷單機過程中，發(fā)揮了不可替代的橋梁與紐帶作用。
作為主要參研單位之一，空間中心相繼承擔了嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號及正在進行中的月球與深空探測相關任務的有效載荷論證、總體設計和實施、多臺有效載荷單機研制和國際合作工作，以及嫦娥四號中繼衛(wèi)星“鵲橋號”搭載的兩顆微衛(wèi)星的科學任務提出、有效載荷研制和數(shù)據(jù)處理等工作。
鑄首星 打破空白
2007年10月24日，嫦娥一號在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空。正是這顆衛(wèi)星的豪情遠赴，讓中華民族邁出了“奔月”的第一步。
在此次嫦娥一號任務中，空間中心除了負責衛(wèi)星有效載荷的技術和管理總體工作外，還開展了微波探測儀、空間環(huán)境探測、有效載荷數(shù)據(jù)管理以及有效載荷地面綜合電測的研制工作。
空間中心提出和研制的微波探測儀由微波接收機單元、微波數(shù)管單元、低端觀測天線、高端觀測天線組合、低端定標天線、高端定標天線組合、微波電纜組件7臺設備組成，主要任務是對月壤的厚度進行估計和評測。
其中，高端觀測天線組合包括3種頻段，它和低端觀測天線一起接收微波輻射信號；低端定標天線和高端定標天線組合的頻段與觀測天線相同，主要起到定標作用，它們都連接到微波接收機單元上，由微波接收機單元進行相應的探測信號處理；微波數(shù)管單元則負責提供電源、控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸功能。值得一提的是，此次也是國際上首次利用被動微波遙感手段對全月表面進行探測。
空間環(huán)境探測系統(tǒng)主要負責探測地月和近月的空間環(huán)境參數(shù)，它由太陽高能粒子探測器、太陽風離子探測器A、太陽風離子探測器B三部分組成。
其中，太陽高能粒子探測器用于監(jiān)測衛(wèi)星軌道空間的高能帶電粒子成分、能譜、通量和隨時間的變化特征，為研究太陽耀斑及太陽宇宙線服務；太陽風離子探測器則用于探測太陽風等離子體的能譜，即太陽風等離子體的能量分布函數(shù)，從中引出平靜和高速太陽風等離子體的特征量，如太陽風的體速度、離子溫度以及數(shù)密度等。
有效載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)則堪稱是整個嫦娥一號衛(wèi)星有效載荷供配電、數(shù)據(jù)管理傳輸和控制的核心，它由載荷配電器、總線控制器、遠置終端、大容量存儲器、高速多路復接器5臺星上設備組成。
其中，載荷配電器負責為有效載荷和數(shù)管設備供配電；總線控制器是有效載荷的控制中心，控制和管理1553B數(shù)據(jù)總線通訊；大容量存儲器存儲全部有效載荷的科學數(shù)據(jù)，并對成像光譜儀的數(shù)據(jù)進行壓縮；高速多路復接器負責各種科學數(shù)據(jù)的復接、信道的糾錯編碼、傳輸數(shù)據(jù)的偽隨機化和傳輸幀的形成，其輸出數(shù)據(jù)流經(jīng)S波段數(shù)傳發(fā)射機下行。
空間中心研制團隊打造的另一個分系統(tǒng)——有效載荷地面綜合電測系統(tǒng)，是探月工程有效載荷分系統(tǒng)的一個組成部分，是支持有效載荷系統(tǒng)桌面電性能聯(lián)試和參加衛(wèi)星整星測試的專用設備，用于檢測星載有效載荷設備的功能、工作狀態(tài)及與衛(wèi)星系統(tǒng)的匹配和協(xié)調(diào)工作能力。在有效載荷系統(tǒng)桌面聯(lián)試中，該設備是系統(tǒng)級電性能的主要測試工具；在衛(wèi)星系統(tǒng)電性能測試中，該設備又是衛(wèi)星測試設備的專用測試設備之一。
著續(xù)篇 保駕護航
2009年3月1日，嫦娥一號撞向預定地點月球豐富海，宣告自身使命的正式完成。2010年10月1日，在舉國歡度國慶佳節(jié)之際，中國第二顆探月衛(wèi)星嫦娥二號成功發(fā)射升空，順利進入地月轉移軌道。
嫦娥二號作為探月工程二期的先導星，在嫦娥一號備份星的基礎上進行了適應性改造。根據(jù)任務要求，除大容量存儲器為全新研制的設備外，其余由空間中心研制的微波探測儀、空間環(huán)境探測器、有效載荷數(shù)管的其他設備，均根據(jù)任務需求進行了適應性改造。
鑒于嫦娥二號大容量存儲器相比嫦娥一號的存儲容量提高了3倍，數(shù)據(jù)存儲及處理速率提高了100多倍，因此如果沿用嫦娥一號的技術路線，實現(xiàn)起來雖然簡單，但體積、重量會成倍增加，功耗也會成幾十倍增加。
因此，在研制進度非常緊張的情況下，空間中心研制團隊攻堅克難，突破多項新技術，最終在存儲容量和數(shù)據(jù)處理速率大幅提高的同時，使得存儲器的體積和重量增加不到60%，功耗僅增加1倍。
在2013年12月發(fā)射成功的嫦娥三號任務中，空間中心承擔的器上設備包括著陸器有效載荷電控箱和巡視器有效載荷電控箱。
研制團隊對兩器上搭載的各載荷的電控箱進行了集成設計，通過集成一體的載荷電控箱，實現(xiàn)了有效載荷工作模式控制和數(shù)據(jù)處理，從而使著陸器有效載荷統(tǒng)一于著陸器數(shù)管分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)接口，巡視器有效載荷統(tǒng)一于巡視器綜合電子分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)，并可適應其他新增的工作模式控制和數(shù)據(jù)處理需求。
在具體思路上，空間中心研制團隊從減少重量、降低功耗、減小體積、提高可靠性的目標出發(fā)，通過優(yōu)化系統(tǒng)頂層設計，最終實現(xiàn)了高性能、高可靠的載荷電控箱系統(tǒng)資源共享，取代了多個利用率低的電控箱，滿足了有效載荷的功能、性能和可靠性要求，有效降低和減少了重量、功耗和體積，同時解決了有效載荷系統(tǒng)面臨的技術新、進度緊等問題。
另外，除了在有效載荷方面為探月工程提供技術支撐之外，空間中心還在嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號飛控和在軌過程中，對發(fā)射運行期間的空間環(huán)境狀態(tài)進行了監(jiān)視、分析和預測，評估了各種空間環(huán)境要素對飛行器可能產(chǎn)生的影響；發(fā)布了空間環(huán)境的中期、短期預報和警報，為發(fā)射、奔月、繞月、落月工作提供了空間環(huán)境保障支撐。
搭“鵲橋” 連通地月
2018年5月21日清晨5點28分，嫦娥四號中繼通信衛(wèi)星“鵲橋號”和搭載的兩顆微衛(wèi)星（龍江一號、二號）在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空。按照計劃，“鵲橋號”將飛過月球，最終到達地月拉格朗日L2點，最遠距離地球約46萬公里。
在此次任務中，龍江一號、二號分別攜帶了一臺超長波射電干涉儀，其將在月球背面進行觀測。實驗中，這兩臺超長波射電干涉儀會在空間形成一個可變基線的二元干涉儀系統(tǒng)，通過兩顆微衛(wèi)星的相對運動，分時采樣形成空間頻率域各種長度和方向的干涉基線。
這次實驗可謂意義重大，它不僅是國際上首次開展的超長波頻段的干涉實驗，同時它的成功也將為下一步采用多個微衛(wèi)星、效率更高的編隊方案、更短的時間內(nèi)完成采樣覆蓋，獲得全天超長波背景圖奠定堅實的技術基礎。
這兩臺超長波射電干涉儀由可展開三正交偶極子天線、高穩(wěn)定接收機、數(shù)字處理單元以及星間通信、測距和時鐘同步一體化單元組成。作為此次科學任務的提出單位和有效載荷研制及數(shù)據(jù)處理的承擔單位，空間中心不僅與波蘭科學院合作完成了超長波干涉儀天線的研制，更獨立完成了高穩(wěn)定接收機、數(shù)字處理單元以及星間通信、測距和時鐘同步一體化單元的研制。
從嫦娥一號豪情遠赴，到如今嫦娥四號整裝待發(fā)，十余載，中國人的探月之夢從未止步。
多年來，空間中心作為探月工程有效載荷總體單位，既是聯(lián)系科學家與有效載荷的橋梁，又充當著聯(lián)系衛(wèi)星總體和有效載荷的紐帶，以有效載荷的技術狀態(tài)管理、產(chǎn)品保證質(zhì)量管理、計劃進度管理為中心，為有效載荷各個研制單位提供了技術支持，同時在載荷與衛(wèi)星系統(tǒng)、地面應用系統(tǒng)和測控系統(tǒng)之間，建立起有效的溝通協(xié)調(diào)機制，從而確保高標準、高質(zhì)量、高效率地完成有效載荷的研制任務。
在整個探月工程中，空間中心精心組織，團結協(xié)作，在中科院院內(nèi)外兄弟單位的支持下，有效載荷總體的職能得到了充分的發(fā)揮，建立健全了各項工程研制的規(guī)章制度，其中軟件工程化管理體系更是走在了前列�？臻g中心繼承優(yōu)良傳統(tǒng)，敢于承擔艱苦任務，在突破了一個又一個難關的同時也鍛煉了隊伍、培養(yǎng)了人才，科學論證、頂層設計、工程實施等各方面能力得到進一步提升。
空間中心為我國探月工程成功實施所作出的巨大貢獻也得到了高度認可。
2007年，空間中心榮獲“繞月探測工程突出貢獻單位”稱號；2008年獲繞月探測工程“國防科學技術進步獎特等獎”；2009年獲繞月探測工程“國家科學技術進步獎特等獎”；2010年獲“探月工程嫦娥二號任務突出貢獻單位”稱號；2011年獲中華全國總工會頒發(fā)的“全國五一勞動獎狀”；2011年獲嫦娥二號工程“國防科學技術進步獎特等獎”；2012年獲嫦娥二號工程“國家科學技術進步獎特等獎”；2014年獲全國總工會頒發(fā)的“全國工人先鋒號”；2015年獲嫦娥三號工程“國防科學技術進步獎特等獎”�！�