到月宫上挖土-嫦娥五号背后的航天系统工程

到月宫上挖土-嫦娥五号背后的航天系统工程

由中国空间技术研究院研制的嫦娥五号探测器圆满完成了采集月球样本并返回地球的任务，这标志这中国月球探测工程“三步走”战略目标全面实现。嫦娥五号探测器是中国探月工程三期发射的月球探测器，也将是中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器；这是中国探月工程的收官之战，是“探月工程”的第六次任务，也是截至2020年12月中国航天最复杂、难度最大的任务之一。中国首次月球无人采样返回圆满实现，这些月球土壤与岩石样品将有助于人类深化对月球成因和演化历史研究。    

小伙伴们也许会有疑问，因为在50多年前美国阿波罗载人登月任务不是已经带回了很多月球样品了吗？为什么我们还要不辞劳苦、大费周章的又跑到月球上去挖土？这是因为阿波罗任务带回地球的样品大多来自月球正面中低纬度的月海区域，这些区域的月球土壤和岩石形成的年龄大多集中在42到32亿年前，而基于月球撞击坑所统计建立的月球历史有45亿年的历史，而其中10-30亿年的时间段是没有月球土壤和岩石纪录的，而解决这个问题的唯一方法就是重返月球，采集到更多来自不同地质背景，形成于不同历史时期的月球样品。只有这样，我们才能真正全面还原月球的历史，真正认识月球以及整个太阳系的历史。

嫦娥五号登陆的地点是月球正面风暴洋北部的吕姆克山（Mons Rümker）一带，这个区域远离阿波罗和月球号采样的地方，这里有丰富的火山活动遗迹和不同类型的岩石类型。因此嫦娥五号可能采集到形成于10-20亿年前的年轻样品，这将填补月球地质定年和年代划分上最大的一块空白。嫦娥五号的工程意义在中国航天史上也是里程碑式的：落月并采样返回相比于之前的环绕（嫦娥一号、二号）和着陆（嫦娥三号、四号）任务，难度系数陡然增加，而嫦娥五号任务的顺利完成，则意味着我国有望成为继美国、苏联之后，第三个实现月球采样返回的国家。作为我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程，嫦娥五号首次实现了我国地外天体采样返回。嫦娥五号任务的圆满成功，其背后则是长期以来中国在航天事业的实践中形成于发展的具有中国特色的航天系统工程理念、体系与方法。

狭义理解系统工程就是指技术过程，其目的是为了更好的实现系统目标而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机制进行分析和设计的技术；从广义的角度理解系统工程就是组织管理复杂系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法。而航天系统工程则是组织管理航天型号规划、计划、预研、试验、生产以及人才、物资、保障条件、经费的科学体系与方法。近代将系统工程概念提出并以相应的理论进行分析、规划、决策和运行，以最佳路径、最可靠保证和最小消耗达到工程系统所追求最优目标的首次实现，是在20世纪60年代末美国 “阿波罗 ”登月计划上体现的。我国开始研究系统工程，或集中力量建设研究队伍是1979年7月中国自动化学会在宪湖召开的“系统工程学术讨论会”，同年10月相关单位在北京举办“系统工程学术讨论会”，提议成立中国系统工程学会，并在一些高等教育院校成立系统工程研究室和研究所，开始培养组织管理科学家和系统工程师。

两弹元勋钱学森指出：系统工程是组织管理系统的技术，他将极其复杂的研究对象成为“系统”，这个系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体，而这个有个“系统”本身又是它所属的一个更大系统的组成部分。钱老认为，导弹武器系统是现代最为复杂的工程系统之一，而载人航天工程、探月工程以及两弹一星工程都是同样复杂的工程系统，而实现其工程目标的组织管理是与这个工程系统半生的系统工程。中国航天系统产品主要是指运载火箭、人造卫星、载人飞船和导弹武器系统, 也称为航天型号。系统工程方法的作用是把需求演化成为现实的航天系统产品。中国航天系统工程方法源于依靠自己的力量进行型号研制和管理的实践。从第一次自行设计的型号开始, 中国航天的科技和管理人员就一直在进行着系统工程方法的探索 。

20世纪40年代末，50年代初，钱学森就提出指导控制与制导系统设计的普遍性原理、理论和方法，从而创建了“工程控制论”技术科学，他在工程控制论中阐明了工程控制论的基本理论和观点，指明了研究的方向，从深度和广度上推动了电子计算机技术革命、核能技术革命和航天技术革命。1978 年钱学森在文汇报上发表的文章《组织管理的技术—系统工程》是第一次在媒体上宣传系统工程这门科学技术, 也是对中国航天创建和发展时期系统工程实践的总结和理论上的升华。中国航天, 按研制程序开展工作, 明确制定型号技术和计划流程, 充分进行地面试验, 控制技术状态,重视设计评审, 已经成为一种自学的行动，而重视总体的作用, 型号研制中的两条指挥线则是具有中国特色的航天工程实践方法。中国航天系统工程的主要内涵可以用35个字简单概括：总体设计是法宝，两师体系是保障，总体院所保生产，研制程序逐递进，质量第一严要求。