崔平远
■ 本报见习记者 赵宇彤
“仰观宇宙之大，俯察品类之盛。”面对浩瀚广袤的宇宙，令人类总有无限遐思：人类怎样奔月？火星上是否存在生命？太阳系的其他小天体上藏着哪些秘密？
为了揭开这些秘密，人类将探索的目光投向深空。
“深空探测是人类航天活动的重要组成部分，常指对月球及月球以远空间的探测活动。”北京理工大学宇航学院教授崔平远表示，这是人类了解宇宙、认识太阳系、探索地球形成与演变的重要途径。
从1999年的意外结缘算起，崔平远已在深空探测领域耕耘20余年，带领团队取得多项突破性成就。我国航天事业走向深空的每一步，都有他的身影。
日前，崔平远因对中国航天事业作出的突出贡献，荣获中国航天基金会奖“钱学森杰出贡献奖”。
“吃螃蟹的人”
“21世纪将是世界航天活动蓬勃发展的新世纪。”1999年，中国工程院院士、时任国家航天局局长的栾恩杰访问欧洲后，勾勒出“大航天”的新蓝图——将空间技术、空间应用和空间科学统一纳入国家航天发展规划体系。
“当时，欧洲正在论证实施‘智慧-1号’月球探测任务和‘罗塞塔’彗星探测任务，而国内航天的注意力还在运载火箭和人造卫星上。”崔平远回忆道，深空探测作为一个极具挑战性的前沿领域，吸引着全球目光，而我国在该领域却近乎一片空白。
我国不能错过这场探索浪潮。栾恩杰思考良久，决定着手部署我国深空探测领域首个研究任务——“远程空间非合作性飞行体的会合与附着问题研究”。
这项艰巨的任务该交给谁呢？
栾恩杰将目光投向了哈尔滨工业大学。时任哈尔滨工业大学校长杨士勤和科技处处长张华左思右想，决定让留学归来的崔平远试一试。
“国内深空探测是全新的方向。当时我刚刚留学回来，还没接手具体的科研项目，大家可能知道我做事情比较认真。”崔平远笑了笑，“我那会儿不知道什么是深空探测，也挺好奇。这样的任务对年轻人来说是难得的机会，我就接下了。”
崔平远就这样踏入了深空探测领域。
1999年10月，崔平远带着两名博士生到北京汇报工作。不过，说是汇报，实际他们三人对深空探测一无所知。“不知道深空探测是什么、该怎么做，我们只能提前两天赶到北京‘扫扫盲’。”崔平远说。
忆及20多年前的科研启程，崔平远说：“小天体分两类，分别是小行星和彗星，质量小，引力更小，怎样在复杂的空间环境中，实现对非合作目标的可靠附着，是最大难题。”
1998年，美国宇航局发射深空1号探测器，旨在验证未来深空探测所需的12项空间技术。崔平远敏锐捕捉到了机会，自动控制专业出身的他，决定从自己最熟悉的领域切入。
“我们结合自身需要，确定了深空探测任务的轨道设计、自主导航和自主管理三个方向。”崔平远说，找到切入点后，他和团队开始了为期两年的攻关，终于啃下了这块“硬骨头”。
2002年，北京航空航天大学的一处平房里，该项目顺利通过成果鉴定。自此，我国迈出了深空探测领域关键的第一步。
迈向遥远深空
近年来，我国深空探测的脚步从未停止。月球、火星、小天体……深空探测向深向远的每一步，崔平远从未缺席。
2011年，崔平远接到一项新任务。“‘嫦娥二号’完成主要任务后，利用剩余燃料从月球出发，对日地拉格朗日L2点和小行星进行探测。”崔平远告诉记者，他和团队负责确定探测目标小行星和设计任务轨道的重任，“从月球飞往L2点和从L2点出发探测小行星，都是国际首次，几乎没有可供我们参考的设计和飞行经验”。
此外，“嫦娥二号”还面临着燃料有限、月球出发、测控能力有限等严苛工程约束问题。如何在实现测控、交会和任务时间约束的基础上，搜选到有价值且适合任务目标的小行星，并设计出近距离飞越轨道？
这可愁坏了崔平远团队。他们尝试了很多方法，发现无论是从月球出发，还是从L2点出发，都难免受到严重的引力摄动干扰。
“我突然想到一句大白话，叫‘两头堵’。干脆就两边一起出发，在中间碰面，这样可能减少误差。”想到绞尽脑汁设计方案的日夜，崔平远忍俊不禁，设计了从月球飞往L2点的轨迹，面对所剩不多的燃料，必须找到适合在1500万公里内实现飞越探测任务的小行星。
崔平远团队把这一范围内的小行星看了又看、找了又找，却始终没有确定目标。
“后来，我干脆决定找找‘藏’起来的小行星。”崔平远口中的“藏”，是指利用天体借力机制，进一步扩大可探测目标小行星的搜选范围。功夫不负有心人，终于崔平远团队在60余万颗小行星库中，找到“嫦娥二号”的“最佳拍档”——4179号图塔蒂斯。
在该项目中，崔平远团队创建了能量约束下的目标天体可接近评价方法，提出“多节点变尺度”流形管，直接支撑了“嫦娥二号”拓展任务获得圆满成功，实现了国际上首次从月球出发到L2点、从L2点出发探测小行星的任务。
月球之外，崔平远团队还迈出了探索火星的重要步伐。由于地球与火星距离在5500万到4亿公里之间，而探测器着陆火星过程仅数分钟，国际上将其称为“恐怖七分钟”。
作为国家“973”计划“行星表面精确着陆导航与制导控制问题研究”项目的首席科学家，崔平远说：“我们攻克了大气进入轨迹抗扰设计与跟踪制导、着陆过程的相对导航与稳健避障制导等核心技术。”为“天问一号”一次性完成火星环绕、着陆和巡视三大目标提供助力，崔平远兴奋万分：“这在人类火星探测史上是绝无仅有的，标志着我国在行星探测领域已跨入世界先进行列。”
“未来10年非常关键”
完成月球和火星的探测任务后，下一步该迈向哪里？崔平远想到了小天体。
“小天体是太阳系的‘活化石’，也是深空探测活动的另一类重点目标。”崔平远告诉记者，小天体探测在揭示太阳系的形成演化与生命起源等方面意义重大，“不过，小天体表面‘附着’一直是个难点”。
为什么“附着”是一项工程实现的难题？崔平远解释说，由于小天体引力微弱、形貌不规则，探测器在附着时极易倾覆反弹。
“虽然其他国家已实施了多次小天体着陆任务，但都是‘蜻蜓点水’、一触即走，或者出现了倾覆反弹，均未实现稳健附着。”崔平远告诉记者。原本探测器在着陆小天体时，会以一定的速度和姿态直接撞击或接触小天体表面，通过自身的结构强度和设计承受着陆的冲击力，崔平远团队将这类“硬碰硬”的方式称作“刚性着陆”。为避免此类问题发生，他们开始摸索智能柔性附着技术。
“我们很难定义智能柔性材料的具体坐标，但可以创建一个等效面，并找到其中一个稳定的三角结构，放上三个钢块，实现局部的刚性。”崔平远说，这一“柔中带刚”的技术开创了弱引力小天体柔性附着的全新方向，也推动了我国小天体稳健附着技术的原创性研究。
1999年与深空探测结缘之时，崔平远的首个任务对象便是小天体。“从当时的一张白纸，到现在我国深空探测事业蓬勃发展并取得诸多原创成果，离不开航天人的拼搏。”崔平远感慨道，我国深空探测从“跟跑”到“并跑”，已经达到世界前沿水平，但依旧面对诸多全新挑战。
从工程角度看，如何才能发现更多天体，成为进一步发展亟待解决的关键问题。崔平远表示，“尽管FAST（500米口径球面射电望远镜）的建设提高了我国小天体搜寻方面的发现率，但地面观测手段仍需进一步提升。”
同时，人工智能技术的快速发展也为深空探测提供了新手段。“深空探测是人工智能技术应用的一大重点领域，距离地面越远，信号的延迟越大，对自主导航和管理的要求就越高。”崔平远说，人工智能技术则为破解这一难题提供了“及时雨”。
“一项新技术从应用到成熟，一般需要一二十年。”崔平远郑重地说，“因此，要想让人工智能在深空探测领域发挥更大价值，未来10年非常关键。”
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