吴鑫岩
在12月17日凌晨嫦娥五号携带着从月球采集的样品降落在了内蒙古的草原上，从而圆满完成了长达23天的月球之旅，此事在国内和国外的新闻报道形成了鲜明的对比。这是迄今为止中国完成的最复杂的航天项目，其成功的确来之不易。然而，美国在1969年就实现了载人登月，在半个世纪以后中国运载火箭的能力依旧远没有达到土星五号的水平。例如，用于发射嫦娥五号的长征五号火箭在近地轨道的运载能力是22吨，而土星五号则达到了119吨。
月球与地球的平均距离是38.4万公里，接近地球赤道周长的十倍。从天文的角度来看，这个距离是相当近的，然而能够在月球上安全着陆并且返回也绝非易事。不久前，印度和以色列发射的登月器都没有能够实现软着陆。可想而知，在上世纪六十年代美国的阿波罗计划是极为艰巨的。如果与嫦娥五号做一个对比，就会发现在过去的半个世纪中，火箭推进技术的进展是相当有限的，而控制系统的进展则有了天壤之别。
阿波罗飞船导航系统的处理器只有1.23万个晶体管，而如今我们手机中的芯片都有几十亿个晶体管。尽管从数量上来看两者的差距十分悬殊，但是其工作原理却基本相同，现代的微处理器也同样采用冯×诺依曼架构。集成电路发明于1959年，而阿波罗计划则成了集成电路的主要客户，据说其市场占有率高到60%左右。不过，那时的集成电路还是相当简单的，在一块芯片上只集成了六个晶体管（npn BJT），因此其CPU是由两千多块集成电路组成的。
每块集成电路可以形成两个具有三个输入端的“或非门”（NOR Gate），由此基本单元可以形成各种逻辑门电路。学过电子电路的人对此一定会有些疑惑，为什么不用“与非门”（NAND Gate）？如今的芯片上都是MOS晶体管，由于电子的迁移率比空穴要高很多，所以同样尺寸的“与非门”比“或非门”的延迟低。然而，在上世纪60年代人们采用的是RTL技术，用一个电阻连到VCC来把输出端拉高，而用三个并联的BJT来把输出端拉低。由于npn型BJT比pnp型BJT的效率高，所以用“或非门”是最佳选择。在现代集成电路中，晶体管只是硅片表面薄薄的一层，在其上面有十几层金属布线来把这些晶体管连接起来从而形成逻辑电路。而在阿波罗飞船导航计算机的CPU则是靠三层铜导线来把很多集成电路连接起来的，如此密集的导线让现代人看起来都感到头昏目眩。
计算机的核心是CPU和内存，与CPU相比内存在技术上的进步则更为显著。在上世纪60年代最先进的内存是磁环存储器，它靠很多毫米量级的小磁环来存储信息。假如把一个小磁环以45度角来放置，则可以让一根水平的导线和一根竖直导线穿过它。每根导线中通过的电流都不足以使磁环的极性翻转，而只有当两根导线同时有电流通过时其磁极才会翻转。如果形成一个磁环的二维阵列，则其工作原理与现代的RAM（随机存储器）十分相似。为了读取数据，还有一根导线穿过所有的磁环；当一个磁环的极性翻转的时候，这根导线上会出现一个电脉冲。如今的芯片制造依靠的是高科技设备，而那时的CPU和内存都是靠心细手巧的纺织女工来完成的。
由于磁环内存很重，所以阿波罗飞船的导航计算机只有2K (word)的内存。每个word是15 bit，再加上一个bit用于奇偶校验，所以每个word需要16个磁环，而整个内存是由3.2万个磁环构成的。由于内存空间太小，在首次载人登月的时候险些出现事故。当登月器与轨道舱分离以后，其下降过程被分为三个阶段，其代号分别是P63、P64、P65（自动）和P66（手动）。然而，由于系统设置的疏漏，登月舱用于与轨道舱交互对接的雷达一直往导航计算机发送信息，结果用去了15%的内存。在P64阶段导航系统需要使用80%的内存，结果只有5%的内存闲置。这时坐在指令长Neil Armstrong旁边的Buzz Aldrin想让计算机显示一些当前的参数，结果就造成了内存溢出的错误，计算机只好重新启动并且显示了一个错误代码1202。他们在训练中从来没遇到过这种情况，而控制中心也一时不知发生了什么。幸亏基地的指挥员沉重冷静，没有让他们中途返航。随后Armstrong发现按自动程序的降落地点有很多石块，就启动了手动模式，结果其内存的需求量从80%降到了40%，计算机也就恢复了正常运转。
嫦娥五号的航线设计与阿波罗飞船十分相似，然而，在重返大气层的时候做了一个跳跃。嫦娥五号的返回舱先以第二宇宙速度进入大气层，减速以后又跳了出来，然后再次重返大气层。在上世纪60年代，这个动作是根本无法实现的；那时的返回舱上没有动力装置，所以只能沿着预定的轨道进入大气层。如今依靠北斗导航系统，嫦娥五号的返回舱可以算出自己的位置和速度，然后就可以控制发动机来改变飞行轨迹。如果仅仅从这次返航的任务来看，这样做也许意义并不大，因为它完全可以靠增长在大气层中的轨迹来减速。然而，国外的军方对此一定会给予相当大的关注，因为这项技术可以用在洲际弹道导弹上，使得其中段反导系统彻底失效。
在嫦娥五号的任务圆满完成以后，载人登月似乎就自然成为了下一个目标。其实，在人工智能系统高度发达的时代，送机器人去月球建科学观测基地更合适。载人登月需要复杂的生命保障系统，而且风险极高。而机器人则没有这些需求，因此其成本会低很多。特别是在中国还没有足够大推力的运载火箭的阶段，用机器人来取代宇航员则可起到事半功倍的成效。如果中国希望在航天领域有所突破，本人认为应该大力研发水平起飞-水平着陆的航天系统。Virgin Galactic在这个领域已经取得了一些进展，中国靠集中力量来攻关一定会成功的。那时，很多高收入阶层的人士都可以去外层空间欣赏一下俯视地球的壮丽景观，而航天工业也可以进入资金良性循环的发展模式。