崔平遠(yuǎn)受訪者供圖
■本報(bào)見習(xí)記者趙宇彤
“仰觀宇宙之大，俯察品類之盛?！泵鎸?duì)浩瀚廣袤的宇宙，令人類總有無限遐思：人類怎樣奔月？火星上是否存在生命？太陽(yáng)系的其他小天體上藏著哪些秘密？
為了揭開這些秘密，人類將探索的目光投向深空。
“深空探測(cè)是人類航天活動(dòng)的重要組成部分，常指對(duì)月球及月球以遠(yuǎn)空間的探測(cè)活動(dòng)。”北京理工大學(xué)宇航學(xué)院教授崔平遠(yuǎn)表示，這是人類了解宇宙、認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系、探索地球形成與演變的重要途徑。
從1999年的意外結(jié)緣算起，崔平遠(yuǎn)已在深空探測(cè)領(lǐng)域耕耘20余年，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得多項(xiàng)突破性成就。我國(guó)航天事業(yè)走向深空的每一步，都有他的身影。
日前，崔平遠(yuǎn)因?qū)χ袊?guó)航天事業(yè)作出的突出貢獻(xiàn)，榮獲中國(guó)航天基金會(huì)獎(jiǎng)“錢學(xué)森杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”。
“吃螃蟹的人”
“21世紀(jì)將是世界航天活動(dòng)蓬勃發(fā)展的新世紀(jì)。”1999年，中國(guó)工程院院士、時(shí)任國(guó)家航天局局長(zhǎng)的欒恩杰訪問歐洲后，勾勒出“大航天”的新藍(lán)圖——將空間技術(shù)、空間應(yīng)用和空間科學(xué)統(tǒng)一納入國(guó)家航天發(fā)展規(guī)劃體系。
“當(dāng)時(shí)，歐洲正在論證實(shí)施‘智慧-1號(hào)’月球探測(cè)任務(wù)和‘羅塞塔’彗星探測(cè)任務(wù)，而國(guó)內(nèi)航天的注意力還在運(yùn)載火箭和人造衛(wèi)星上?！贝奁竭h(yuǎn)回憶道，深空探測(cè)作為一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的前沿領(lǐng)域，吸引著全球目光，而我國(guó)在該領(lǐng)域卻近乎一片空白。
我國(guó)不能錯(cuò)過這場(chǎng)探索浪潮。欒恩杰思考良久，決定著手部署我國(guó)深空探測(cè)領(lǐng)域首個(gè)研究任務(wù)——“遠(yuǎn)程空間非合作性飛行體的會(huì)合與附著問題研究”。
這項(xiàng)艱巨的任務(wù)該交給誰(shuí)呢？
欒恩杰將目光投向了哈爾濱工業(yè)大學(xué)。時(shí)任哈爾濱工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)楊士勤和科技處處長(zhǎng)張華左思右想，決定讓留學(xué)歸來的崔平遠(yuǎn)試一試。
“國(guó)內(nèi)深空探測(cè)是全新的方向。當(dāng)時(shí)我剛剛留學(xué)回來，還沒接手具體的科研項(xiàng)目，大家可能知道我做事情比較認(rèn)真?！贝奁竭h(yuǎn)笑了笑，“我那會(huì)兒不知道什么是深空探測(cè)，也挺好奇。這樣的任務(wù)對(duì)年輕人來說是難得的機(jī)會(huì)，我就接下了?！?span style="display:none">GKT即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
崔平遠(yuǎn)就這樣踏入了深空探測(cè)領(lǐng)域。
1999年10月，崔平遠(yuǎn)帶著兩名博士生到北京匯報(bào)工作。不過，說是匯報(bào)，實(shí)際他們?nèi)藢?duì)深空探測(cè)一無所知?！安恢郎羁仗綔y(cè)是什么、該怎么做，我們只能提前兩天趕到北京‘掃掃盲’?！贝奁竭h(yuǎn)說。
憶及20多年前的科研啟程，崔平遠(yuǎn)說：“小天體分兩類，分別是小行星和彗星，質(zhì)量小，引力更小，怎樣在復(fù)雜的空間環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)對(duì)非合作目標(biāo)的可靠附著，是最大難題?！?span style="display:none">GKT即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
1998年，美國(guó)宇航局發(fā)射深空1號(hào)探測(cè)器，旨在驗(yàn)證未來深空探測(cè)所需的12項(xiàng)空間技術(shù)。崔平遠(yuǎn)敏銳捕捉到了機(jī)會(huì)，自動(dòng)控制專業(yè)出身的他，決定從自己最熟悉的領(lǐng)域切入。
“我們結(jié)合自身需要，確定了深空探測(cè)任務(wù)的軌道設(shè)計(jì)、自主導(dǎo)航和自主管理三個(gè)方向。”崔平遠(yuǎn)說，找到切入點(diǎn)后，他和團(tuán)隊(duì)開始了為期兩年的攻關(guān)，終于啃下了這塊“硬骨頭”。
2002年，北京航空航天大學(xué)的一處平房里，該項(xiàng)目順利通過成果鑒定。自此，我國(guó)邁出了深空探測(cè)領(lǐng)域關(guān)鍵的第一步。
邁向遙遠(yuǎn)深空
近年來，我國(guó)深空探測(cè)的腳步從未停止。月球、火星、小天體……深空探測(cè)向深向遠(yuǎn)的每一步，崔平遠(yuǎn)從未缺席。
2011年，崔平遠(yuǎn)接到一項(xiàng)新任務(wù)?！啊隙鸲?hào)’完成主要任務(wù)后，利用剩余燃料從月球出發(fā)，對(duì)日地拉格朗日L2點(diǎn)和小行星進(jìn)行探測(cè)?！贝奁竭h(yuǎn)告訴記者，他和團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)確定探測(cè)目標(biāo)小行星和設(shè)計(jì)任務(wù)軌道的重任，“從月球飛往L2點(diǎn)和從L2點(diǎn)出發(fā)探測(cè)小行星，都是國(guó)際首次，幾乎沒有可供我們參考的設(shè)計(jì)和飛行經(jīng)驗(yàn)”。
此外，“嫦娥二號(hào)”還面臨著燃料有限、月球出發(fā)、測(cè)控能力有限等嚴(yán)苛工程約束問題。如何在實(shí)現(xiàn)測(cè)控、交會(huì)和任務(wù)時(shí)間約束的基礎(chǔ)上，搜選到有價(jià)值且適合任務(wù)目標(biāo)的小行星，并設(shè)計(jì)出近距離飛越軌道？
這可愁壞了崔平遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)。他們嘗試了很多方法，發(fā)現(xiàn)無論是從月球出發(fā)，還是從L2點(diǎn)出發(fā)，都難免受到嚴(yán)重的引力攝動(dòng)干擾。
“我突然想到一句大白話，叫‘兩頭堵’。干脆就兩邊一起出發(fā)，在中間碰面，這樣可能減少誤差?！毕氲浇g盡腦汁設(shè)計(jì)方案的日夜，崔平遠(yuǎn)忍俊不禁，設(shè)計(jì)了從月球飛往L2點(diǎn)的軌跡，面對(duì)所剩不多的燃料，必須找到適合在1500萬公里內(nèi)實(shí)現(xiàn)飛越探測(cè)任務(wù)的小行星。
崔平遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)把這一范圍內(nèi)的小行星看了又看、找了又找，卻始終沒有確定目標(biāo)。
“后來，我干脆決定找找‘藏’起來的小行星?！贝奁竭h(yuǎn)口中的“藏”，是指利用天體借力機(jī)制，進(jìn)一步擴(kuò)大可探測(cè)目標(biāo)小行星的搜選范圍。功夫不負(fù)有心人，終于崔平遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)在60余萬顆小行星庫(kù)中，找到“嫦娥二號(hào)”的“最佳拍檔”——4179號(hào)圖塔蒂斯。
在該項(xiàng)目中，崔平遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了能量約束下的目標(biāo)天體可接近評(píng)價(jià)方法，提出“多節(jié)點(diǎn)變尺度”流形管，直接支撐了“嫦娥二號(hào)”拓展任務(wù)獲得圓滿成功，實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上首次從月球出發(fā)到L2點(diǎn)、從L2點(diǎn)出發(fā)探測(cè)小行星的任務(wù)。
月球之外，崔平遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)還邁出了探索火星的重要步伐。由于地球與火星距離在5500萬到4億公里之間，而探測(cè)器著陸火星過程僅數(shù)分鐘，國(guó)際上將其稱為“恐怖七分鐘”。
作為國(guó)家“973”計(jì)劃“行星表面精確著陸導(dǎo)航與制導(dǎo)控制問題研究”項(xiàng)目的首席科學(xué)家，崔平遠(yuǎn)說：“我們攻克了大氣進(jìn)入軌跡抗擾設(shè)計(jì)與跟蹤制導(dǎo)、著陸過程的相對(duì)導(dǎo)航與穩(wěn)健避障制導(dǎo)等核心技術(shù)?！睘椤疤靻栆惶?hào)”一次性完成火星環(huán)繞、著陸和巡視三大目標(biāo)提供助力，崔平遠(yuǎn)興奮萬分：“這在人類火星探測(cè)史上是絕無僅有的，標(biāo)志著我國(guó)在行星探測(cè)領(lǐng)域已跨入世界先進(jìn)行列?！?span style="display:none">GKT即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
“未來10年非常關(guān)鍵”
完成月球和火星的探測(cè)任務(wù)后，下一步該邁向哪里？崔平遠(yuǎn)想到了小天體。
“小天體是太陽(yáng)系的‘活化石’，也是深空探測(cè)活動(dòng)的另一類重點(diǎn)目標(biāo)?！贝奁竭h(yuǎn)告訴記者，小天體探測(cè)在揭示太陽(yáng)系的形成演化與生命起源等方面意義重大，“不過，小天體表面‘附著’一直是個(gè)難點(diǎn)”。
為什么“附著”是一項(xiàng)工程實(shí)現(xiàn)的難題？崔平遠(yuǎn)解釋說，由于小天體引力微弱、形貌不規(guī)則，探測(cè)器在附著時(shí)極易傾覆反彈。
“雖然其他國(guó)家已實(shí)施了多次小天體著陸任務(wù)，但都是‘蜻蜓點(diǎn)水’、一觸即走，或者出現(xiàn)了傾覆反彈，均未實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健附著?！贝奁竭h(yuǎn)告訴記者。原本探測(cè)器在著陸小天體時(shí)，會(huì)以一定的速度和姿態(tài)直接撞擊或接觸小天體表面，通過自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和設(shè)計(jì)承受著陸的沖擊力，崔平遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)將這類“硬碰硬”的方式稱作“剛性著陸”。為避免此類問題發(fā)生，他們開始摸索智能柔性附著技術(shù)。
“我們很難定義智能柔性材料的具體坐標(biāo)，但可以創(chuàng)建一個(gè)等效面，并找到其中一個(gè)穩(wěn)定的三角結(jié)構(gòu)，放上三個(gè)鋼塊，實(shí)現(xiàn)局部的剛性?！贝奁竭h(yuǎn)說，這一“柔中帶剛”的技術(shù)開創(chuàng)了弱引力小天體柔性附著的全新方向，也推動(dòng)了我國(guó)小天體穩(wěn)健附著技術(shù)的原創(chuàng)性研究。
1999年與深空探測(cè)結(jié)緣之時(shí)，崔平遠(yuǎn)的首個(gè)任務(wù)對(duì)象便是小天體?！皬漠?dāng)時(shí)的一張白紙，到現(xiàn)在我國(guó)深空探測(cè)事業(yè)蓬勃發(fā)展并取得諸多原創(chuàng)成果，離不開航天人的拼搏。”崔平遠(yuǎn)感慨道，我國(guó)深空探測(cè)從“跟跑”到“并跑”，已經(jīng)達(dá)到世界前沿水平，但依舊面對(duì)諸多全新挑戰(zhàn)。
從工程角度看，如何才能發(fā)現(xiàn)更多天體，成為進(jìn)一步發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵問題。崔平遠(yuǎn)表示，“盡管FAST（500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡）的建設(shè)提高了我國(guó)小天體搜尋方面的發(fā)現(xiàn)率，但地面觀測(cè)手段仍需進(jìn)一步提升。”
同時(shí)，人工智能技術(shù)的快速發(fā)展也為深空探測(cè)提供了新手段?！吧羁仗綔y(cè)是人工智能技術(shù)應(yīng)用的一大重點(diǎn)領(lǐng)域，距離地面越遠(yuǎn)，信號(hào)的延遲越大，對(duì)自主導(dǎo)航和管理的要求就越高。”崔平遠(yuǎn)說，人工智能技術(shù)則為破解這一難題提供了“及時(shí)雨”。
“一項(xiàng)新技術(shù)從應(yīng)用到成熟，一般需要一二十年?！贝奁竭h(yuǎn)鄭重地說，“因此，要想讓人工智能在深空探測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮更大價(jià)值，未來10年非常關(guān)鍵?！?span style="display:none">GKT即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》(2025-05-08第4版人物)本文鏈接：http://jphkf.cn/news-8-4076-0.html崔平遠(yuǎn)：親歷深空探測(cè)每一程
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