1、探月工程介紹

　　探月工程作為國(guó)家重大科技專項(xiàng)，是我國(guó)在發(fā)展人造衛(wèi)星和載人航天之后，空間科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的第三個(gè)里程碑。國(guó)家空間科學(xué)中心（以下簡(jiǎn)稱空間中心）是探月工程的主要參研單位之一，承擔(dān)的任務(wù)主要包括如下方面：

　　（1）有效載荷總體；

　　（2）星/器上有效載荷分系統(tǒng)集成管理控制系統(tǒng)；

　　（3）有效載荷地面綜合測(cè)試系統(tǒng)；

　　（4）部分科學(xué)探測(cè)載荷設(shè)備研制；

　　（5）空間天氣保障任務(wù)。

　　截止2019年，空間中心已完成嫦娥一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)等任務(wù)。

　　空間中心作為探月工程有效載荷總體單位，是聯(lián)系科學(xué)家與有效載荷的橋梁，也是聯(lián)系衛(wèi)星總體和有效載荷的紐帶?？臻g中心以有效載荷的技術(shù)狀態(tài)管理、產(chǎn)品保證質(zhì)量管理、計(jì)劃進(jìn)度管理為中心，為有效載荷各個(gè)研制單位提供技術(shù)支持，同時(shí)在載荷與衛(wèi)星系統(tǒng)、地面應(yīng)用系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)之間建立起有效的溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，確保高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、高效率地完成有效載荷的研制任務(wù)。

　　空間中心在承擔(dān)探月工程任務(wù)的過(guò)程中，精心組織，團(tuán)結(jié)協(xié)作，在院內(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(xiàng)工程研制的規(guī)章制度，在各型號(hào)任務(wù)過(guò)程中逐步形成了一套適應(yīng)有效載荷分系統(tǒng)產(chǎn)品研制特點(diǎn)的組織管理方法，為我國(guó)探月工程的順利實(shí)施作出了突出貢獻(xiàn)。在突破一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)的同時(shí)也鍛煉了隊(duì)伍、培養(yǎng)了人才，具備了可持續(xù)發(fā)展的能力。

　　空間中心為探月工程成功實(shí)施所做出的巨大貢獻(xiàn)得到了黨和國(guó)家的高度認(rèn)可：

2007年獲“繞月探測(cè)工程突出貢獻(xiàn)單位”稱號(hào)

2008年獲繞月探測(cè)工程國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)

2009年獲國(guó)務(wù)院頒發(fā)的繞月探測(cè)工程國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)

2010年獲“探月工程嫦娥二號(hào)任務(wù)突出貢獻(xiàn)單位”稱號(hào)（見上圖）

2011年獲中華全國(guó)總工會(huì)頒發(fā)的“全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”（見上圖）

2011年獲工業(yè)和信息化部頒發(fā)的國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)

2012年獲國(guó)務(wù)院頒發(fā)的國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)

2014年獲中華全國(guó)總工會(huì)頒發(fā)的“工人先鋒號(hào)”（見上圖）

2015年獲工業(yè)和信息化部頒發(fā)的嫦娥三號(hào)工程國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。

　　2、 嫦娥一號(hào)任務(wù)

　　主要實(shí)現(xiàn)繞月探測(cè)，科學(xué)目標(biāo)的重點(diǎn)為月球三維影像分析、月球有用元素和物質(zhì)類型的全球含量與分布特點(diǎn)、月壤厚度探查以及地月空間環(huán)境探測(cè)。工程上的核心是實(shí)現(xiàn)從地球走向月球，充分利用我國(guó)現(xiàn)有成熟航天技術(shù)，研制和發(fā)射月球探測(cè)衛(wèi)星，突破地月飛行、遠(yuǎn)距離測(cè)控和通信、繞月飛行、月球遙測(cè)與分析等技術(shù)，并建立我國(guó)月球探測(cè)航天工程初步系統(tǒng)。

　　空間中心承擔(dān)了嫦娥一號(hào)衛(wèi)星有效載荷的技術(shù)和管理總體工作，同時(shí)還開展了相關(guān)載荷和項(xiàng)目的研制工作，主要包括：

　　（1）微波探測(cè)儀分系統(tǒng)

　　微波探測(cè)系統(tǒng)由微波接收機(jī)單元、微波數(shù)管單元、低端觀測(cè)天線、高端觀測(cè)天線組合、低端定標(biāo)天線、高端定標(biāo)天線組合、微波電纜組件共7臺(tái)設(shè)備組成。主要對(duì)月壤的厚度進(jìn)行估計(jì)和評(píng)測(cè)，這是國(guó)際上首次系統(tǒng)地采用被動(dòng)微波遙感的手段對(duì)月表進(jìn)行探測(cè)。高端觀測(cè)天線組合包括3種頻段，它和低端觀測(cè)天線一起接收微波輻射信號(hào)；低端定標(biāo)天線和高端定標(biāo)天線組合的頻段與觀測(cè)天線相同，主要起到定標(biāo)作用，它們都連接到微波接收機(jī)單元上，由微波接收機(jī)單元進(jìn)行相應(yīng)的探測(cè)信號(hào)處理；微波數(shù)管單元提供電源、控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸功能。

　　（2）空間環(huán)境探測(cè)分系統(tǒng)

　　空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)由太陽(yáng)高能粒子探測(cè)器、太陽(yáng)風(fēng)離子探測(cè)器A、太陽(yáng)風(fēng)離子探測(cè)器B共3臺(tái)設(shè)備組成。主要探測(cè)地月和近月的空間環(huán)境參數(shù)。太陽(yáng)風(fēng)離子探測(cè)器A和太陽(yáng)風(fēng)離子探測(cè)器B具有完全相同的技術(shù)狀態(tài)。空間環(huán)境探測(cè)的3臺(tái)設(shè)備在軌運(yùn)行時(shí)相對(duì)獨(dú)立。太陽(yáng)高能粒子探測(cè)器用于監(jiān)測(cè)衛(wèi)星軌道空間的高能帶電粒子(主要為質(zhì)子、電子和重離子)成分、能譜、通量和隨時(shí)間的變化特征，為研究太陽(yáng)耀斑及太陽(yáng)宇宙線服務(wù)。太陽(yáng)風(fēng)離子探測(cè)器用于探測(cè)太陽(yáng)風(fēng)等離子體的能譜，即太陽(yáng)風(fēng)等離子體的能量分布函數(shù)，從中引出平靜和高速太陽(yáng)風(fēng)等離子體的特征量，如太陽(yáng)風(fēng)的體速度，離子溫度以及數(shù)密度等。

　　（3）有效載荷數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)

　　有效載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是整個(gè)探月一號(hào)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(yuǎn)置終端、大容量存儲(chǔ)器、高速多路復(fù)接器5臺(tái)星上設(shè)備組成。載荷配電器負(fù)責(zé)為有效載荷和數(shù)管設(shè)備供配電；總線控制器是有效載荷的控制中心，它控制和管理1553B數(shù)據(jù)總線通訊；大容量存儲(chǔ)器存儲(chǔ)全部有效載荷的科學(xué)數(shù)據(jù)，并對(duì)成像光譜儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮；高速多路復(fù)接器負(fù)責(zé)各種科學(xué)數(shù)據(jù)的復(fù)接、信道的糾錯(cuò)編碼、傳輸數(shù)據(jù)的偽隨機(jī)化和傳輸楨的形成，其輸出數(shù)據(jù)流經(jīng)S波段數(shù)傳發(fā)射機(jī)下行。

　　（4）有效載荷地面綜合電測(cè)分系統(tǒng)

　　嫦娥一號(hào)衛(wèi)星有效載荷地面綜合電測(cè)系統(tǒng)，是探月工程有效載荷分系統(tǒng)的一個(gè)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(cè)試的專用設(shè)備，用于檢測(cè)星載有效載荷設(shè)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(shè)備是系統(tǒng)級(jí)電性能的主要測(cè)試工具；在衛(wèi)星系統(tǒng)電性能測(cè)試中，該設(shè)備是衛(wèi)星測(cè)試設(shè)備的專用測(cè)試設(shè)備之一。負(fù)責(zé)有效載荷系統(tǒng)在模樣、初樣及正樣研制階段所組織的有效載荷桌面電性能聯(lián)試和衛(wèi)星系統(tǒng)組織的衛(wèi)星系統(tǒng)初樣星、正樣星測(cè)試（包括電磁試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、熱真空試驗(yàn)）、以及發(fā)射場(chǎng)測(cè)試等。

　　3、嫦娥二號(hào)任務(wù)

　　嫦娥二號(hào)衛(wèi)星作為探月工程二期的先導(dǎo)星，在嫦娥一號(hào)備份星的基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改造。根據(jù)嫦娥二號(hào)的任務(wù)要求，除大容量存儲(chǔ)器為新研設(shè)備，其余由空間中心研制的微波探測(cè)儀、空間環(huán)境探測(cè)器、有效載荷數(shù)管的其他設(shè)備均根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行了適應(yīng)性改造。

　　微波天線（左）、太陽(yáng)風(fēng)離子探測(cè)器（中）、太陽(yáng)高能粒子探測(cè)器（右）

　　　　總線控制器遠(yuǎn)置終端

　　高速多路復(fù)接器（左）、載荷配電器（右）

　　嫦娥二號(hào)大容量存儲(chǔ)器相比嫦娥一號(hào)的存儲(chǔ)容量提高3倍，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理速率提高100多倍，如果沿用嫦娥一號(hào)的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)起來(lái)雖然簡(jiǎn)單，但體積、重量會(huì)成倍增加，功耗會(huì)成幾十倍增加。在研制進(jìn)度非常緊張的情況下，研制團(tuán)隊(duì)突破了多項(xiàng)新技術(shù)，在存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)處理速率大幅提高的同時(shí)，體積和重量增加不到60%，功耗僅增加一倍。

　　大容量存儲(chǔ)器

　　4、嫦娥三號(hào)任務(wù)

　　在嫦娥三號(hào)任務(wù)中，空間中心除承擔(dān)有效載荷總體任務(wù)以外，還承擔(dān)了著陸器載荷電控箱和巡視器有效載荷電控箱的研制任務(wù)，地面綜合測(cè)試系統(tǒng)任務(wù)。

　　著陸器/巡視器有效載荷電控向?qū)善魃洗钶d的各載荷電子學(xué)進(jìn)行了集成設(shè)計(jì)，通過(guò)集成一體的載荷電控箱實(shí)現(xiàn)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)一與著陸器數(shù)管分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)接口，巡視器有效載荷統(tǒng)一與巡視器綜合電子分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)接口，并可適應(yīng)其他新增的工作模式控制和數(shù)據(jù)處理需求。

　　載荷電控箱從優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少重量、降低功耗和減小體積，提高可靠性的目標(biāo)出發(fā)，通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高性能高可靠的載荷電控箱實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源共享，取代多個(gè)利用率低的電控箱，滿足有效載荷的功能、性能和可靠性要求，有效降低和減少重量、功耗和體積，同時(shí)解決有效載荷系統(tǒng)面臨的技術(shù)新和計(jì)劃進(jìn)度緊問(wèn)題。

　　　　巡視器載荷電控箱（左）、著陸器載荷電控箱（右）

　　著陸器有效載荷地面綜合測(cè)試系統(tǒng)和巡視器有效載荷地面綜合測(cè)試系統(tǒng)需要完成對(duì)兩器有效載荷系統(tǒng)的集成測(cè)試，及著陸探測(cè)器測(cè)試階段有效載荷的綜合測(cè)試，主要任務(wù)包括：有效載荷分系統(tǒng)在各個(gè)研制階段的系統(tǒng)集成測(cè)試、綜合測(cè)試，以及在發(fā)射陣地的測(cè)試。兩器地面綜合電測(cè)系統(tǒng)分別由探測(cè)器仿真設(shè)備、載荷數(shù)據(jù)處理設(shè)備、載荷故障診斷設(shè)備、載荷數(shù)據(jù)模擬源設(shè)備、自檢設(shè)備以及有效載荷地面測(cè)試電纜網(wǎng)等部分組成，實(shí)現(xiàn)的功能有：探測(cè)器仿真、測(cè)試序列控制、地面數(shù)據(jù)處理、故障診斷、與探測(cè)器地面測(cè)試設(shè)備數(shù)據(jù)通信以及系統(tǒng)自檢等。

　　　　空間中心聯(lián)試大廳

　　5、嫦娥四號(hào)任務(wù)

　　嫦娥四號(hào)作為探月工程四期的首次任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了人類首次月球背面軟著陸和巡視勘查，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了首次地月L2點(diǎn)中繼星對(duì)地對(duì)月的測(cè)控、數(shù)傳中繼。嫦娥四號(hào)任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)包括：月基低頻射電天文觀測(cè)與研究；月球背面巡視區(qū)形貌和礦物組份探測(cè)與研究；月球背面巡視區(qū)淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)與研究。

　　在嫦娥四號(hào)任務(wù)中，空間中心除承擔(dān)有效載荷總體、著陸器/巡視器載荷電控箱、地面綜合測(cè)試等任務(wù)以外，還承擔(dān)著中瑞（典）合作巡視器載荷中性原子探測(cè)儀（Advanced Small Analyzer for Neutrals, ASAN）及中德合作著陸器載荷月表中子與輻射劑量探測(cè)儀（Lunar Lander Neutrons & Dosimetry, LND）的國(guó)際合作任務(wù)。

　　嫦娥四號(hào)國(guó)際合作任務(wù)中，空間中心兩個(gè)科研團(tuán)隊(duì)分別與相應(yīng)研究領(lǐng)域頂級(jí)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”，在儀器研制、測(cè)試、總裝、科學(xué)探測(cè)任務(wù)規(guī)劃及科學(xué)數(shù)據(jù)共同開發(fā)利用等過(guò)程中進(jìn)行了深度合作，出色完成了預(yù)定任務(wù)，取得重要成果。嫦娥四號(hào)國(guó)際合作項(xiàng)目的成功實(shí)施體現(xiàn)了中心在空間環(huán)境探測(cè)領(lǐng)域的先進(jìn)水平，以及在國(guó)際合作方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，也為后續(xù)任務(wù)中的國(guó)際合作工作樹立了重要范例。

　　6、嫦娥五號(hào)任務(wù)

　　2020年11月24日，長(zhǎng)征五號(hào)遙五運(yùn)載火箭搭載嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功發(fā)射升空并將其送入預(yù)定軌道。12月17日，嫦娥五號(hào)返回器攜帶月球樣品著陸地球。嫦娥五號(hào)任務(wù)是中國(guó)探月工程的第六次任務(wù)，也是中國(guó)航天最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)之一（截至2020年12月），實(shí)現(xiàn)了中國(guó)首次月球無(wú)人采樣返回，助力月球成因和演化歷史等科學(xué)研究。

圖：嫦娥五號(hào)國(guó)旗展示

　　中科院空間中心承擔(dān)了嫦娥五號(hào)有效載荷總體工作，有效載荷分系統(tǒng)配置了7臺(tái)（套）科學(xué)載荷，用于完成采樣區(qū)現(xiàn)場(chǎng)就位科學(xué)目標(biāo)探測(cè)，為有選擇地進(jìn)行月壤取樣提供了依據(jù)，建立了現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)的聯(lián)系。同時(shí)，還承擔(dān)了著陸器上的載荷數(shù)據(jù)處理器的研制，用于有效載荷分系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，滿足有效載荷系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)約束，同時(shí)還配備了一套地面綜合測(cè)試系統(tǒng)，用于各階段的集成測(cè)試和綜合測(cè)試。

　　中科院空間中心的科學(xué)家通過(guò)對(duì)嫦娥五號(hào)采回的月球樣品開展了地面分析研究，獲得了一系列的重大科學(xué)成果。例如，揭示了嫦娥五號(hào)著陸點(diǎn)月壤礦物組成和太空風(fēng)化作用等。 

圖：嫦娥五號(hào)數(shù)據(jù)處理器正樣產(chǎn)品

圖：嫦娥五號(hào)有效載荷分系統(tǒng)正樣產(chǎn)品桌面聯(lián)試

　　8、天問(wèn)一號(hào)任務(wù)

　　天問(wèn)一號(hào)于2020年7月23日在文昌航天發(fā)射場(chǎng)由長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空，成功進(jìn)入預(yù)定軌道。2021年2月10日，天問(wèn)一號(hào)與火星交會(huì)，成功實(shí)施捕獲制動(dòng)進(jìn)入環(huán)繞火星軌道。2021年5月15日成功實(shí)現(xiàn)軟著陸在火星表面。2021年5月22日，祝融號(hào)火星車成功駛上火星表面，開始巡視探測(cè)。2021年6月11日，國(guó)家航天局舉行了天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器首批科學(xué)影像圖的發(fā)布，標(biāo)志著中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)取得圓滿成功。天問(wèn)一號(hào)在火星上首次留下中國(guó)印跡，首次實(shí)現(xiàn)通過(guò)一次任務(wù)完成火星環(huán)繞、著陸和巡視三大目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)在深空探測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)跨越而進(jìn)入世界先進(jìn)行列。 

圖：祝融號(hào)火星車與著落器“合影”

　　天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器由環(huán)繞器和著陸巡視器組成，其中環(huán)繞器的探測(cè)科學(xué)任務(wù)著眼于火星全球性和綜合性的探測(cè)，開展火星總體性和全局性的研究與科學(xué)認(rèn)知；著陸巡視器由進(jìn)入艙和火星車組成，火星車巡視探測(cè)科學(xué)任務(wù)著眼于火星局部地區(qū)，開展高精度科學(xué)探測(cè)。

　　從總的科學(xué)目標(biāo)出發(fā)，環(huán)繞器有效載荷分系統(tǒng)配置了8臺(tái)（套）科學(xué)載荷，任務(wù)包括：（1）火星大氣電離層分析及行星際環(huán)境探測(cè)；（2）火星表面和地下水冰的探測(cè)；（3）火星土壤類型分布和結(jié)構(gòu)探測(cè)；（4）火星地形地貌特征及其變化探測(cè)；（5）火星表面物質(zhì)成分的調(diào)查和分析。著陸巡視器有效載荷分系統(tǒng)配置了6臺(tái)（套）科學(xué)載荷，任務(wù)包括：（1）火星巡視區(qū)土壤結(jié)構(gòu)（剖面）探測(cè)和水冰探查；（2）火星巡視區(qū)表面元素、礦物和巖石類型探測(cè)；（3）火星巡視區(qū)大氣物理特征與表面環(huán)境探測(cè)。

　　中科院空間中心承擔(dān)了有效載荷總體工作，負(fù)責(zé)有效載荷分系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)；組織有效載荷產(chǎn)品全周期研制；負(fù)責(zé)有效載荷計(jì)劃進(jìn)度管理、質(zhì)量產(chǎn)保管理；組織有效載荷分系統(tǒng)驗(yàn)收、聯(lián)試；對(duì)項(xiàng)目全要素（軟件/FPGA、元器件、環(huán)境試驗(yàn)、文件、經(jīng)費(fèi)等）實(shí)施管理。

　　同時(shí)，還承擔(dān)了環(huán)繞器離子與中性粒子分析儀、環(huán)繞器載荷控制器和火星車載荷控制器的研制工作。

　　離子與中性粒子分析儀主要探測(cè)任務(wù)為：對(duì)火星等離子體中的粒子特性進(jìn)行探測(cè)，了解火星大氣逃逸；研究太陽(yáng)風(fēng)和火星大氣的相互作用、火星激波附近中性粒子加速機(jī)制。主要功能為：獲取火星離子和中性粒子數(shù)據(jù)；測(cè)量火星空間環(huán)境中的離子通量，分辨主要離子成分，獲得這些離子成分的密度、速度、溫度等物理參量；測(cè)量中性能量粒子的通量，分辨H、He、O等主要中性粒子成分。

圖：火星環(huán)繞器離子與中性粒子分析儀正樣產(chǎn)品

　　環(huán)繞器載荷控制器和火星車載荷控制器，分別是一臺(tái)集成化的多功能電子設(shè)備，主要功能是管理和控制各個(gè)有效載荷的工作及運(yùn)行狀態(tài)，提供有效載荷分系統(tǒng)與衛(wèi)星平臺(tái)的統(tǒng)一電接口。具體功能是為分系統(tǒng)內(nèi)部各載荷提供供配電、模擬量遙測(cè)采集、OC指令控制、載荷熱控管理、科學(xué)數(shù)據(jù)和工程參數(shù)的處理，以及自主化運(yùn)行管理等功能。

圖：環(huán)繞器載荷控制器和火星車載荷控制器

　　同時(shí)，環(huán)繞器載荷分系統(tǒng)和火星車載荷分系統(tǒng)各配備了一套地面綜合測(cè)試系統(tǒng)，用于各階段的集成測(cè)試和綜合測(cè)試。

　　中科院空間中心的科學(xué)家通過(guò)對(duì)天問(wèn)一號(hào)的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究，獲得了一系列的重大科學(xué)成果。例如，離子與中性粒子分析儀對(duì)太陽(yáng)風(fēng)的探測(cè)數(shù)據(jù)，揭示了太陽(yáng)風(fēng)等離子體的特征與變化等。