周末人物·中国新闻名专栏 任德鹏：“嫦五”采样我指挥
12月2日晚，指挥完成嫦娥五号月面采样封装后，任德鹏在任务支持中心留影。 (图片由受访者提供)
视频请扫描二维码观看□ 本报记者 杨学莹 徐佳 张楠
任德鹏，航天科技集团五院嫦娥五号探测器总体主任设计师，山东德州临邑县恒源街道沙河村人。12月1日、2日夜，他遥控指挥嫦娥五号在月面钻取、表取采样，可谓一位“月球挖掘机司机”。日前，趁他工间休息，大众日报记者来到北京航天城，采访了这位山东老乡，请他讲讲“嫦五”背后的故事。
读数采样无暇看视频
掌声提示动作成功
12月1日23时11分，嫦娥五号探测器成功着陆在月球正面的吕姆克山脉。经过了几十万公里的长途奔波后，“她”仍不敢有半分松懈，在确认状态正常后随即展开了太阳翼、解锁采样装置，准备执行此行最核心的任务——月球样本采样封装。
38万公里之遥的地球上，北京正是深夜。北京航天飞行控制中心灯火通明。与其一路之隔的航天科技集团五院任务支持中心，一排排电脑前面坐满了人。44岁的任德鹏坐在第一排，正对着大屏幕。“嫦五”采样封装环节的指挥工作，由他来完成。
从2005年哈尔滨工业大学博士毕业来五院工作，任德鹏参与过嫦娥二号、三号、五号的研制。但在大厅参与指挥，这还是头一回。尽管之前模飞了17次，他仍难掩激动。
“控制器加电！”任德鹏喊出第一条指令。他感到自己的嗓子有点干涩。
这条指令，作为一条发令申请被传送到北京航天飞行控制中心。飞控中心工作人员确认后复述，一旁的发令员轻点鼠标，把预设的指令字符变成一串电码发出。电波穿过遥遥太空，被月面上的嫦娥五号接收，变成一个个动作。
开控制器、开电机、开相机，一切准备就绪。“钻进！”任德鹏喊出关键的一条指令。他面前有两台电脑，左边的一台显示遥测数据，右边的显示飞控中心的发令进程。左边电脑的屏幕上，钻进的圈数开始跳动，说明钻头已正常运转。遥测数据实时反映出钻进电机真实的转数。钻杆的驱动力和钻进电流起初很低，这是钻头在走“空行程”。突然，两个数字迅速增加，曲线陡然爬升，说明钻头接触到了月面！任德鹏心中一动，好似自己的手碰到了月面一样兴奋——钻取开始了！
金色的钻头触到了月面，把月壤“拱”起了一个小丘——大屏幕上，“嫦五”采样相机传回的实时画面，比电脑上枯燥的遥测数据更直观。而大屏幕对面的任德鹏，却没有时间抬头看一眼。他紧盯着电脑上的遥测数据，生怕错过任何一条状态信息。“我需要判读遥测数据，判断能不能挖、怎么挖。如果出现异常，要根据工况调整参数。如果不能继续操作，要喊停、启动预案。”他说。
“温度遥测正常！”“电流遥测正常！”任德鹏身边，坐着3排、每排8位同事，采样封装系统涉及上百条遥测数据，他们分头盯守、判读。报告声此起彼伏，任德鹏用心听着。他一边判断月面工况，一边发令控制采样进程，同时还要和飞控中心联系，确认探测器处于地面测站观测弧段内，指令能够顺利发出。
遥测数字实时更新，任德鹏的指令也不间断地喊出。每完成一个关键动作，后排掌声响起，他知道，动作成功了。随着钻头越钻越深，样品被封装在容袋里，最后落在了密封封装容器里。
“落罐为安”的一刻，掌声又响了起来。任德鹏发指令，整形机构展开避让。3个小时了，他这才活动了一下筋骨。
接下来是表取采样。任德鹏把月面目标点的坐标“告诉”“嫦五”，随后发出一串控制指令：触月、抬升、开铲、收铲。四个自由度的机械臂，各个关节能自主联动，它精准地执行了所有指令内容：温柔地触碰了月面，判断出与采样点的相对距离和方位；随后抬升手臂，为采样作业预留出合适的空间；接着缓慢地打开了采样铲，最后再次靠近月面并果断地收铲。
机械臂设计轻小，没装太多传感器。一铲下去，有没有铲实、铲满，主要靠地面人工判断。任德鹏一看图像，看看铲子里边有没有样品；再看电流，采集到样品后由于阻力的增加，收铲过程中驱动电流会随之增大；三看机械臂，如果收获丰多它会轻微晃动。确认铲中有物，他发出指令：“采样成功！”
“嫦五”在太空飞了这么远，不确定过程中机械臂是否受损、有没有产生形变，所以样品的“卸货”环节同样需要地面人员进行位置确认。任德鹏先将机械臂引导运行到样品容器的正上方，经过一番位置精调，待确认无误了，再发令放样。
一挖一放，这一次采样作业需要任德鹏连发几十条指令。最快的一铲，用时50分钟。上厕所，要在机械臂收拢放样的5分钟之内，跑去跑回。
2日上午9点，任德鹏下班休息，由一名同事接替指挥。他回宿舍只睡了3个多小时，午饭后就再也无法入睡。他知道此刻需要充分的睡眠，要为后续的工作养好精神，但心情始终无法平静，担心着采样的进程，在床上辗转反侧实在是种煎熬，索性起床又回到了任务支持中心。下午4点多，他接着指挥。
原计划表取采样需要持续到3日凌晨5点，共进行15次采样作业，没想到任务进行得超级顺利，12次作业就把样品容器装满了，2日晚上10点多，采样提前结束。
当封装好的采样容器罐被机械臂抓起来放入密封容器里的一刻，现场爆发出雷鸣般的掌声。未等所有指令发完，身旁的同事早已按捺不住激动的心情，急切催促任德鹏发布采样成功的通告。
此时的他稍微平静了一下心情，趁机械臂最后一次运行的工夫，终于有空抬头看了一眼大屏幕。这一看，他惊呆了。机械臂末端的相机正实时传输着月面的图像：“嫦五”降落在平坦广袤的月面上，粗细不均的月壤上散落着一颗颗大小不一的石块，犹如干涸的河床；脚下刚采完样的区域有几处明显的痕迹，像被小兽挠过的爪印，翻出新鲜的土壤。远处，分布着几个圆形的撞击坑，其中距探测器最近的一个尺寸最大，显然“嫦五”降落前早已洞察秋毫，避开了这个危险的区域；再远处，天际交接，上面是黑暗幽邃的太空，底部是荒寂灰白的月面，画面中的太阳经过相机消光处理，显得光芒万丈、格外明亮……
随着机械臂的摆动，不同角度、不同距离的景色被缓缓展现出来，眼前的屏幕就像一面透镜，瞬间把任德鹏带到了月面，带到了“嫦五”的身旁。不觉之间，他的眼睛湿润了，他仿佛觉得时间被永久定格在这一刻，十年辛劳远去，所有牵挂解脱，内心早已被月球安抚，感到如此安宁。
“大家抓紧再看一眼吧，这可是来自38万公里之外月球的影像啊！”任德鹏慢慢站起来，回头对同事说。随后，他依依不舍地发出了关闭相机、关闭电机、控制器断电的指令。
“各号注意，‘嫦五’探测器月面采样工作顺利结束！”任德鹏终于发布了成功的通告。大厅里一片欢腾，掌声、欢呼声彼此交织，大家起身握手、相拥在一起。
嫦娥五号探测器系统总指挥、总设计师、中科院院士杨孟飞大步走到任德鹏面前，跟他握手，表示祝贺。随后，他俩一起走出了任务支持中心大厅，在寒风中等车。两人不约而同地举头注视着月亮，那晚的月亮是那么皎洁、那么明亮。
坐在记者面前的任德鹏，抬起头来望着高处，好似又回到了那个时候。他因接连夜班而略显疲惫的脸上，突然焕发了异样的光彩。“啊！月亮。杨总说：‘你能想到吗？这时我们的探测器，一个还在围绕月球转，一个已经完成了采样封装。’”他回忆当时，“我们看着‘她们’出生、长大，一种自豪感在心中油然升起。平时顾不上看月亮，但那晚我们在外面等车的时间里，看了好大一会儿。”
“我们眼睛看到的月亮，和别人并没有不同。但我们心系‘嫦娥’，心中的月亮里早已将探测器的形象叠加了进去。”他说。
“每一天都不好过”
挑战极限的10年苦功
17次模飞、470次挖土、1000多人参与、10年光阴，这是“嫦五”登月不为人知的“前传”。
2020年10月的一天，海南文昌火箭发射场。台风登陆海南，室外狂风大作。基地的篮球架已提前放倒，集装箱也早已固定好。晚上10点多，杨孟飞总指挥召集大家开会。
大巴车把任德鹏和同事送到会场，车上坐满了人还是被吹得左右摇摆。散会后司机说，刚刚黑暗中被风吹来一只大鸟，想飞飞不动，只能在地上扑棱。
这时，发射已经进入倒计时，“嫦五”已经完成了最后的两次模拟飞行，即将被装到火箭的载荷舱里了。“其实，会上研究的并不是大问题。只是涉及一处操作，大家放不下心，讨论一下还有哪些工作要做。”任德鹏说，他们留出专门的时间，做回想、预想。杨孟飞总指挥要求，任务不结束，“双想”不停歇。
7月1日，任德鹏和同事从北京飞到文昌。他们给经过长途运输的“嫦五”开箱、检测、组装、测试、总装，进行两次模拟飞行。主份模飞一遍，备份模飞一遍。
“模飞跟真实发射过程一样，探测器加电，只是不飞行，但是该做的动作都要做。比如太阳翼可以不装，但机构要做动作；所有的信号、数据都要传回来。所有人也跟在轨发射一样，各就各位，三班倒。每次演练，就是20多天。”任德鹏说。
加上在海南的这两次，任德鹏记得，嫦娥五号发射前，总共进行了17次模飞，这只是“正常模飞”，如果再加上模拟某部位出现故障的“故障模飞”，他已经记不得次数了。
直到嫦娥五号完成与火箭的对接，临发射前，测试仍在进行。电压、温度等数据通过无线方式，透过火箭整流罩上的透波窗被发射出来，以确保状态正常。任德鹏说，放行规则要求探测器加电测试满1000个小时即可发射，但“嫦五”的“轨、返、着、上”4个探测器都加电超过3000个小时。
围绕“嫦五”任务的四个关键环节——采样封装、月面起飞、交互对接、再入返回，任德鹏他们进行了大量的系统仿真和地面试验。他说，试验要求苛刻到自己一度觉得“难以理解”。
2013年，当时担任试验负责人的任德鹏接到一个任务：“嫦五”着陆专项试验，要真“摔”。参与了“嫦三”研制的任德鹏不理解：以前“嫦三”做着陆试验，探测器只需完成悬停、避障、缓速下降环节的验证，并不真正落地。而且单从验证角度讲，它落地不落地，并不影响试验的目的。何况原来的试验设施是满足“不落地”的，这下子要求真实着陆，硬件都要大改动。
任德鹏很苦恼。他苦思冥想，没想好解决之道，于是找相关专业的同事来一起研究、攻关。经过一番努力，还真的实现了要求。探测器就真的一次次带着推进剂、发动机点着火往地上“摔”，起初试得人心惊肉跳，慢慢地才摸到了底线。
采样封装，他们用一个两米多深的容器装上不同混合比例的“土”“石”，试验钻采。又模拟落月区地形修建了专门的沙坑，模拟表采。不同土质、不同地形，试验了470多次。
月面起飞，最怕的是着陆器落歪了。“试验规范规定试到15度倾斜角即可，而杨总要求，还要往下做，直到做到翻为止。”任德鹏说，最后就做到了23度。连倾斜台都不能调了，超出极限了。“23度相当吓人了。如果你开车爬23度的坡，基本上只能看到蓝天，看不到路了。但是没办法，必须做到技术见底、产品见底。”
一切挑战极限的努力，在“嫦五”采样成功的这一刻，瞬间都被理解了。“值得呀！”任德鹏说，比如“嫦五”实际落月，姿态倾斜了不到3度，他一点也不担心。“在地面上，我们做的试验比这严酷多了。技术见底了、产品见底了，心里才能有底。”
挑战极限，不仅在试验环节。“嫦五”的整个设计、研制过程，攻克了很多难题。任德鹏说，2011年“嫦五”启动研制时，长征五号也还在图纸上，预计地月转移最多能“打”8吨多。受运载量限制，在方案设计上，“嫦五”就无法采用一体飞回的模式，只能用交会对接方式，抛下着陆器、上升器，返回地球。他们甚至还论证过两次发射，即两次地面发射，然后地球轨道对接，再奔向月球的方案。最后才确定了月球轨道交会对接的方式，但这种方案对对接精度提出了极高要求。
同样因为运载能力限制，确定嫦娥五号重约8.2吨，这样每个部件都要“克克必较”。围绕结构轻量化，就需要很多技术攻关。一个轨道器，设计单位航天八院就首次使用了大承载复杂构型轻量化结构、多次分离复杂构型、多冗余路径复合传力结构等7项创新技术。轨道器的承力球冠，自重46千克，能承载3吨重的贮箱，具备30吨的极限承载能力，被称为“鸡蛋壳上挂秤砣”。位于山东的航天513所，此次研制的配电产品功率增大了，体积和重量却比传统产品减少了30%。
“每一天都不好过。每一个单位都在拼。”任德鹏说。10年间，负责抓总的五院，参与“嫦五”研制的队伍有200多人，加上其他研制单位、单机厂商，前后参与嫦娥五号研制的有1000多人，他们在各自岗位上都付出了巨大心血。
总师亲自试“炮仗”
6万多张照片应对各种“不放心”
航天装备被称为“一锤子买卖”，在天上坏了没法修，这就对其可靠性提出了严苛要求。为了“放心”两个字，研制人员付出了比一次研发多十倍八倍的辛劳。
即便是百般模拟、测试，探测器上仍有不可检、无备份的“单点”。比如解锁太阳翼的火工品，就是这样一个“单点”。你点火试验吧，它就爆了、废了；你不试吧，一旦它上天哑了火，太阳翼就展不开，探测器就没了电，成了废铁。
任德鹏说，对这个至关重要的“炮仗”，杨孟飞总设计师亲自带队去查看、去检测。他们看各厂家的设计图纸、生产过程记录，查火工器的加工、装药，查点火头的备份、给火工器做X光透视。每个厂家，他们按生产批次、生产环境、操作工等因素分类，将同批产品抽样试爆，推测其“同伴”的可靠性。任德鹏说，光这个“炮仗”，杨总带着他们查了20多天，高温起爆、低温起爆、常温起爆，一天不止起爆一个。
所有零部件装到探测器上时，研制人员都要拍摄过程作为记录，放到数据库里存档。谁不放心了，随时调取出来看看，回放一下，思量思量。有一些环节装上以后就再也看不到了，影像记录下来后，随时可以调取、回想。仅在总装的前期，就拍了6万多张照片。
确保万无一失，很考验人。“就说部件吧，金属的时间长了怕氧化，非金属怕老化，你得考虑各种情况。比如聚四氟乙烯阀芯，如果在月面上工作久了，它可能会膨胀，就把阀门给堵死了，打不开。要知道，阀门的动作行程一共就几丝。”任德鹏说。
月球环境中，还有很多地球上想象不到的问题。任德鹏说，比如焊锡光晶晶的表面，在真空中会生长晶须，一旦扎破热缩套管，容易造成短路、烧毁器件。另外，两块长期挨在一起的相同金属，在真空中没了空气隔膜，它们的原子会相互扩散，“粘”在一起，产生“冷焊”现象，该分开时分不开，就会坏了大事。这样，在地面上就要抽真空模拟试验，确保部件在任务执行期间，不出现这些问题。
“正常的工作你可能只设计一遍，但为了应对各种非常，你可能要设计8遍、9遍。在关键的环节还要提前准备各种应急处理预案，我们最终展示出来的，只是工作的冰山一角。”任德鹏说。
推迟发射三年
队伍没散设计更优
嫦娥五号原定2017年发射。本来一切就绪，准备去发射场了，7月份大家突然接到消息，任务暂停，停到何时不确定。按理说所有工作都完成了，设计也都满足要求了，“嫦五”可以封存，队伍也可以各忙各的去了。但总设计师杨孟飞决定，队伍不散，继续优化改进。他发起了一个“可信”活动，让总体设计人员、分系统设计团队、各单机厂商之间互相交流、互助提高。
“以前时间紧、任务重，大家埋头各干各的一块，对其他部件知之不多。这下子，你要给别人证明你设计正确、验证充分、过程可靠，就反思了自己；外单位、外专业同仁给你投票、提意见，也启发了你。”任德鹏说。
他说，活动进行了一年多，大家踊跃参与，还真改进了不少地方。比如一个电缆网接头，连着几十上百个电缆分支，排不开了，就自然而然地用了两个。本来，一根电缆的主份、备份电缆都从一个接头走。有人提出改进意见：这样走线，一旦有一个电缆网接头坏了，上面接的电缆，主、备份都不通了，应该让同一根电缆的主、备份分别走不同的接头。“原来并没有这样的设计要求，只是你排得开就行了。这会儿就要重新走线。完全是我们自己在定标准、自己在突破。”他说。
原来，单机设计单位各干各的，谁也没有去数整个探测器上到底有多少根电缆、多少个接头、多少个螺丝钉。“总设计师要求我们，要做到每根电缆、每个接头、每个螺丝钉都清楚。那我们就真的一个个去数，直到了如指掌。”任德鹏说。
一年多的“可信”活动下来，再打开在氮气中封存一年的“嫦五”进行改进、测试时，大家发现，对“她”的认识又上升到了一个新高度。
让任德鹏最“头大”的是，有时候设备出现异常又找不到原因。
“嫦五”研制初期，有一次，一个部件一测试，镜头“飘”了，光轴偏了。这个镜头负责高度测量，光轴偏离一丁点儿，会导致测出几十米的误差。不知道是啥原因，研发人员夜以继日地排查。他们在地面做小量级的试验，震一下，看一看光轴偏了吗？再震一下，看看光轴恢复了吗？整整一个礼拜才找出原因。原来是卡镜头的地方松动了，镜头轻微晃荡，只需要恢复卡紧状态就解决了。
“我们内部叫‘归零’，技术归零、管理归零，出了故障要做到双归零。技术归零就要找到原因，把问题复现。你猜原因不行，一定要模拟出当时的情况，把问题复现出来，然后制定改进措施，而且要措施有效并举一反三。管理归零也一样，为什么出现的？哪个管理环节松懈了？要一追到底、彻底杜绝。”他说。
10年心血，23天亮相。记者截稿时，“嫦五”还在飞奔地球的路上，任德鹏又去北京航天飞行控制中心长城岗值班了。这个岗位负责汇总地面测站所有遥测数据，报告给北京岗。这一串串外人看来枯燥难懂的数据，在他看来却美妙动人，像一串串脚印、一个个台阶，蕴藏着中国航天人才懂的成功密码。
12月1日，前去指挥采样的那晚，13岁的女儿对他说：“爸爸，今天的月亮是红色的。”“这本来是个正常的现象，但在我看来，是个好兆头。”他笑着回答。
这天晚上8点多，飞控队召开动员大会，在会上任德鹏发言说：“研发团队、航天前辈、祖国人民都在关注着我们，职责所在，我们没有理由不判读好每一个遥测，没有理由不发对每一条指令。另外不要有太大的压力，要充满必胜的信心，因为，苍天不负有心人。”
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