2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭搭载我国自主研发的“天问一号”火星探测器，在中国文昌航天发射场顺利升空。火箭飞行约2167秒后，成功将探测器送入预定轨道，迈出了我国行星探测第一步。

此次“天问一号”项目的总指挥、总设计师顾问正是中国空间技术研究院空间科学与深空探测首席科学家、南京航空航天大学航天学院院长叶培建院士。

初入航天勤攻关

20世纪80年代，叶培建博士毕业后，毫不犹豫地选择回国，在控制工程研究所任职。初入航天事业的叶培建，一上任就向国内空白的领域发起攻关，进行了一系列开创性的研究工作，尤其是他带领研发的火车红外热轴探测系统，在当时是一个开创性的科技项目。通过反复实验和创新攻关，叶培建带领几个年轻人利用模式识别及人工智能知识对不同轴承进行类别判断、热模型的建立和信息的传输，最终自主研制开发了中国第一代火车红外热轴探测系统，确定了轴承滚动与滑动的模式区别方法，为铁路运输安全提供了现代化的保障。这一系统当时在国内属于首创，上马以来一直是控制工程研究所的拳头产品，创造了可喜的经济效益，影响十分深远。1989年，“车辆热轴探测系统”获得了部级科技进步奖一等奖。

第一代传输型对地观测卫星

多年来，叶培建一直从事控制系统、机器人视觉及计算机应用工作，而他更为人们所熟知的，是卫星研制领域的工作——主持制定了我国第一代传输型对地观测卫星总体方案及各个分系统的设计。1993年，叶培建担任“中国资源二号”卫星有效载荷副总师，开始了他领导卫星研制工程的历史。1996年，担任“中国资源二号”卫星的总师兼总指挥。

“中国资源二号”卫星属于传输型对地观测卫星，主要用于国土普查、城市规划、作物估产、灾害监测和空间科学实验等领域，在我国国民经济各行业的发展中发挥了广泛的作用。这颗卫星技术起点高，研制难度大。时任航天科技集团公司副总经理的马兴瑞曾说过，在我国已有的卫星中，这颗星是“最大最重的星，具有最高的分辨率、最大的传输速率、最高的姿态精度、最大的存储量”。

凭着扎实深厚的理论功底和敢于开拓的创新精神，叶培建在很短时间内就进入了角色，与战友们屡创“第一”。

在卫星型号研制管理过程中，叶培建是第一个实践把电测与总体分开的总师，为测试队伍专业化打下了基础。他又第一个提出在卫星进入发射场前要进行整星可靠性增长试验，把问题彻底解决在地面。

2000年9月，“中国资源二号”卫星在太原卫星发射中心圆满发射成功，并按时在轨移交，第三天即开始传输图像，图像清晰，层次丰富，信息量大，发挥了重大作用，得到了用户和上级的好评。

在我国卫星研制生产史上，“中国资源二号”卫星第一个与用户签订研制生产合同，这意味着我国的卫星制造业由过去的计划经济向市场经济转轨；第一个实现了星地一体化设计，这意味着在卫星研制中不仅要对星体本身的技术负责，还要对地面应用系统的集成技术负责；第一个进驻北京唐家岭航天城。这支研制队伍也是中国空间技术研究院实体化改革及AIT一体化的第一批实践者。

“中国资源二号”是我国第一代传输型对地遥感卫星，在轨工作时间远远超过设计寿命，性能稳定，在轨工作正常，成为中国寿命最长的传输型对地遥感卫星。2001年，这颗卫星被授予国防科工委科技进步奖一等奖。它为促进国民经济的发展，推动我国空间遥感卫星平台及有效载荷技术的发展，提高我国参与国际空间市场竞争的能力，立下了汗马功劳。

自主研制绕月卫星

自1970年我国第一颗人造卫星“东方红一号”升空以来，截至2001年，我国成功发射了70多发（艘）应用卫星和飞船。然而，深空探测领域却始终没有留下中国人的足迹，奔月还只是梦想。叶培建说：“我国航天事业的第一步是发展应用卫星，第二步是载人航天，现在这两步我们已经迈出去了，第三步就是深空探测。”月球是我国航天器从未到访过的星球。我国深空探测的第一步是发射绕月卫星。然而，发射绕月卫星面临着很多新技术、新环境和新问题，且没有可以借鉴的经验。这时，叶培建又大胆提出，要依靠中国人自己的力量，做“中国制造”绕月卫星。

2004年，我国月球探测工程全面启动，考虑到当时的国情和技术水平，中国月球探测工程分为“绕”“落”“回”三步走。第一期绕月工程就是研制和发射探月卫星“嫦娥一号”，叶培建被任命为“嫦娥一号”卫星的总设计师、总指挥。

“嫦娥一号”是我国第一个深空探测器，主要任务是对月球进行全球性、整体性与综合性的探测，并对月球表面的环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测。与地球卫星不同的是，“嫦娥一号”卫星必须解决轨道设计问题，推进系统的设计，制导、导航与控制设计，热控设计，月食问题，电源系统设计，测控问题，有效载荷的研制，数据反演，地面验证等诸多新问题、新挑战。

为了确保将“嫦娥一号”万无一失地送到浩渺的“广寒宫”，除了继承已有的经验，完成型号质量工作中的一系列“规定动作”，如几个院长令、复核复算与复查、1+6+2（指质量工作中的9件事）、严格归零、认真评审、关键件及关键项目控制等，叶培建和同事们还自定了一套“加分动作”，以确保质量问题。研制队伍大胆采用了多项新技术以保证实现绕月探测的目标，其技术创新可概括为12个方面：总体优化设计，轨道设计，制导、导航与控制，热控设计，远距离测控通信，大角度机械扫描定向天线，整星自主管理，有效载荷，供配电，推进，结构设计，综合测试设计。

除此以外，过去的故障模式影响分析从部件到分系统，再到总体，有相当大的局限性。叶培建勇于创新，反其道而行之，从顶层做好故障模式影响分析，按飞行时序做好产品保证链工作。他带头把整个“嫦娥一号”的飞行过程按时间分解成事件，又把卫星的工作按模块分解，列出每个事件的相应工作模块，对每一模块明确责任人，进行更深入的FMEA（故障模式影响分析），从纵向、横向两个方面厘清关系，查找可靠性漏洞，制定故障对策。他说：“‘嫦娥一号’是目前最复杂的型号，必须具有创新性和针对性，才能把故障模式影响分析和产品保证链工作落到实处。”

2007年，我国自主研制的全新航天器——“嫦娥一号”卫星首飞成功，迈出了我国深空探测的第一步。作为我国深空探测的开篇之作，其技术水平足以跻身世界同类月球探测器的先进行列：卫星发射质量与干重的比例、载荷与干重比、能源系统和工作寿命等指标都达到了国际同类水平；导航、制导与控制的能力和精度，无深空大天线支持条件下远距离的测控精度，热控水平等都具有国际先进水平。此外，“嫦娥一号”是我国自主创新完成的全新航天器，具有一系列自主知识产权的新技术，也为以后的深空探测打下了良好的基础。

“嫦娥二号”的争论

“嫦娥一号”成功绕月后，关于“嫦娥二号”的处理问题，团队内一度出现分歧。有人认为，没有发射的必要。但叶培建果断站到了“反方”，并且争取到了上级领导的认同。他认为：“既然研制了这颗卫星，为什么不利用它走得更远？”

叶培建带领同事在“嫦娥二号”上做了很多的技术改进和创新：相机分辨率大大提高；轨道运行高度从月球轨道200千米变成100千米；第一次试验了X波段应答机；全世界第一次在深空里应用了LDPC编码等。这一系列技术改进使得“嫦娥二号”在绕月探测过程中取得了很大的工程效益，获取了全月7米分辨率月图、虹湾地区的1米左右分辨率的月图，为“嫦娥三号”落月做了前期准备。

更可喜的是，“嫦娥二号”在圆满完成半年的绕月探测任务之后，经过变轨到达了离地球150万千米的“太阳—地球”的拉格朗日二点（L2），而后继续飞向更远的深空，经过精密挑选和控制，在距离地球700万千米的地方，和小行星图塔蒂斯交会，获取了非常清晰的小行星照片。拉格朗日二点是天文学家梦寐以求的天文观测的最佳位置，我国是世界上第三个实现了在这一点进行空间探测的国家。这一拓展任务至今仍为人津津乐道，现在“嫦娥二号”已经变成了太阳系的人造小行星。

“科学就是要走别人没走过的路。走，到月球背面去！”

2013年，当“嫦娥三号”探测器完成落月任务后，关于“嫦娥四号”的任务规划问题也曾出现过争论。有人认为，“嫦娥四号”落到月球正面比较稳妥，背面的风险太大，还涉及中继通信的问题，这时叶培建又一次提出了不同看法：“中国的探月事业总要向前走，只做别人做过的事情，怎么能创新。科学就是要走别人没走过的路。走，到月球背面去！”

当时还没有任何一个国家有飞行器在月球背面软着陆，只要“嫦娥四号”背面软着陆成功，就是世界上的首次创举。月球背面屏蔽了来自地球的无线电信号干扰，电磁环境非常干净，是天文学家梦寐以求开展低频射电研究的场所。但与此同时，这个项目也面临着一系列前所未有的技术挑战。最主要的就是，探测器在飞临月球背面时，与地球之间的无线电通信会暂时中断，必须等到飞出轨道之后才能恢复通信。如何给飞临月球背面的飞行器发出指令，遥控它准确着陆在预定位置，并且顺利接收传回的图像数据，这是个不小的技术挑战。

最终在叶培建等人的努力下，我国决定要把“嫦娥四号”发射到月球背面去。同时，我们要自主研制一颗中继通信卫星，将其发射到“月球—地球”的拉格朗日二点，利用其解决月球背面与地球的通信问题。

2018年，中国人自主研制的“嫦娥四号”探测器在西昌卫星发射中心成功发射，并成功降落在月球背面南极艾特肯盆地，中国代表全人类首次揭开了月球背面的神秘面纱。在地面控制下，通过“鹊桥”中继星的中继通信链路，进行了太阳翼和定向天线展开等多项工作，建立了定向天线高码速率链路。月球背面南极艾特肯盆地是月球远面的重要标志，该区域地形起伏达6000米，是太阳系中已知最大的撞击坑之一。同时，这个火山坑的地壳很薄，以至于可以看穿地幔。收集这个区域岩石的数据可以帮助科学家们更好地理解组成月球的岩层，对研究月球和太阳系早期历史具有重要价值。

在人类历史上，“嫦娥四号”首次实现了航天器在月球背面软着陆和巡视勘察，首次实现了月球背面同地球的中继通信。搭载了低频射电频谱仪的“嫦娥四号”也填补了射电天文领域在低频观测段的空白，为研究恒星起源和星云演化提供了重要资料。

从我国第一代传输型侦察卫星、第一代长寿命实时传输对地观测卫星，到我国第一颗月球探测卫星，甚至包括取代“红马甲”的深圳股票交易卫星VSAT网，再到最近成功发射的我国首个火星探测器，作为多个具有开创意义的空间探测器的总师、首席科学家，叶培建埋身于我国航天事业数十年，不断攻坚克难、开拓创新。他勇于创新，他敢于质疑，他不安于现状，对我国的卫星研制、遥感观测、月球与深空探测都有着开拓性的贡献。他的航天路，就是一条不断挑战未知、不断开拓新项目的创新之路，是伴随着我国航天事业从无到有、由弱变强的挑战之路。

就像他自己所说：“对于技术的进步和人类探月事业的发展，我们需要做一些‘冒险的事情’，真正去开拓、去创新，开辟新的天地。”

（摘编自《走在路上》，叶培建，北京理工大学出版社，2018年；

《叶培建：责任比命大》，中央广播电视总台“面对面”，

2017年3月19日。由赵敬茹整理