作者:陈煜 秦伟利 李丹阳 来源:光明日报 发布时间:2022/5/3 9:16:31
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为国问天 筑梦长空

【到新时代新天地中去·守护航天梦】  

航天事业的意义不止于科学技术本身。一个民族探索宇宙的雄心,几代中国人提振信心的努力,无数青年人挥洒的智慧与热情,汇聚于此。

四青年节前夕,当记者拨通几位青年航天科学家的电话,他们已整装出发,行进在去往酒泉的路上。

又是一次代表人类探索宇宙知识边界的非凡之旅!

话语专业度高,时间紧,记者发现很难用简短文字记录他们的心路历程,他们的研究与大众认知也还有很长距离,但可以肯定的是,只言片语里,能触摸到这些不凡青春的轮廓——

把所有精力集中于尚未达到的目标,用凌云壮志才能点燃的心,去攀登那些无法轻而易举抵达的高峰,成就不朽的事业。

攀登,向着时代之梦

墨子号升空 

二○一六年八月十六日,我国自研的世界首颗量子科学实验卫星发射。

海上发射火箭有多难?

负责长征十一号海上发射系统全部地面设备建设的中国科学院力学研究所空天飞行科技中心发射支持部主任胡小伟,可以把这个问题拆得很细:用什么船、在哪里发射、从哪个码头出发,又如何把火箭安全转移到发射船上、在晃动状态下初始对准、让工作人员在发射前快速撤离……

2017年年初,胡小伟着手论证海上发射平台的可行性。

为何一定要在海上发射火箭?

“海上发射更容易满足低倾角卫星的发射需求,可以解决火箭残骸落点的安全性问题,相当于增加了我国的火箭发射工位,扩大了发射能力。”胡小伟这样解释。

建设海上发射平台不是一件容易的事,摆在胡小伟面前的难题有很多。为了解决动态条件下火箭初始对准的难题,胡小伟团队进行了大量比较论证,为确保实验结果与实际状态一致,他们开展出海试验。“那是我们所有研制人员第一次出海,我们做了详细试验方案。测试平台上没有生活设施,条件十分艰苦,吃饭要靠小船来回送。为了等一个恶劣的天气来检验设备与方案的可行性,我们在海上持续试验了很多天。”胡小伟回忆。

2019年6月5日12时6分,托举着七颗卫星的长征十一号运载火箭从黄海腾空而起,首次海上发射圆满成功。胡小伟在保障船上见证了这一刻:“激动!火箭升腾的那一刻,从论证到设计研制过程中所有的画面,似乎在眼前一一浮现。”

那次发射,胡小伟没能以试验人员身份参加任务,有些遗憾。但攀登者不停步,向着新的高峰进发。此时的胡小伟已经投身我国运载能力最大的固体运载火箭的地面设备保障工作。

这一次,胡小伟带队攻坚,攻克了多油缸起竖同步载荷设计和工艺实现难题,通过了135吨火箭起竖试验的验证。这一创新,降低了固体运载火箭的发射保障条件,提升了其响应速度,为我国的固体运载火箭研制技术达到世界最强水平提供了重要支撑。

胡小伟说:“当前,火箭发射向低成本、高可靠、批量化的趋势发展,地面设备也要响应更高要求。咱们没赶上大航海时代,那么在大航天时代,一定要做些事情。”

严谨,怀揣对知识的敬畏之心

北斗三号升空  

二○二○年六月二十三日,北斗三号最后一颗全球组网卫星发射。

中国科学院力学研究所空天飞行科技中心结构部主任张延瑞在单位有许多外号。

同事们说,他文质彬彬,专精领域垂直度深,是个“没有短板的清华博士”,是“最科学家”的科学家。

张延瑞认真解释道:“这个印象估计跟我的头发白有一定关系。老一辈航天人为了航天事业付出了心血、熬白了头发,所以大家心目中的科学家是这种形象。”

可80后的张延瑞为何满头白发?“头发白其实与染不染关系最大。”轻松话题,张延瑞依然严谨作答,“研究生阶段做仿真计算课题时,头发就有些白的迹象了,那时染过。工作后发现科研工作又不用亮相,就不再管它了。”

方案设计、地面试验、仿真分析……青丝换白发的光阴里,张延瑞在一件件复杂的工作面前,潜下心来,在各个火箭型号研制的任务中,尤其是结构分离技术领域,攻克了大量难题,展现了出色的技术实力和深厚的理论基础。就这样,张延瑞顶着一头疏于打理的白发,成了大家眼中“科学家”应有的样子。

张延瑞告诉记者:“对于航天工作而言,能够认识到的都不是问题,问题往往出在认识不到的环节,因此,航天人的工作态度永远是严肃认真,怀着敬畏之心的。”张延瑞坚守的“严肃认真”,正是“中国航天十六字方针”之首。而在科研之外,张延瑞有着随和风趣的一面。

同事们说,张延瑞是年轻人“最好的导师”,因材施教,毫无保留,团队成员成长速度非常快。同事们还说,张延瑞是“天桥上的张师傅”,是“圈内贴膜名人”,谁有手机贴膜的需要,都第一时间找他。

“传帮带、老带新,是我国航天事业人才辈出的重要原因,团队是一个大家庭,最重要的是平等与尊重。”在给新人制订工作项目和培养计划时,张延瑞总是将性格特质和职业规划结合起来:“有些同事喜欢安静地搞计算、搞设计,有些则喜欢参与协调、跟踪生产、组织试验,要帮他们找到适合的成长路径。”

走出单位,张延瑞褪去了科学家的标签,化身千万个“老张”中的一员,但严谨的风格如一。“回家听安排,家人交给的‘任务’,我也认真对待。”他笑着说。

有关外号的故事还没讲完,“老张”突然接到了新的任务,他匆匆告别,再次赶往发射基地。

统筹,总体思维下寻找最优解

嫦娥五号“落月”  

二○二○年十二月一日,嫦娥五号探测器在月球着陆。

在同事们眼中,中国科学院力学研究所空天飞行科技中心总体部主任史晓宁,就是“忙碌”一词的化身,仿佛一刻也不休息。

在技术攻坚上,其他分系统干不了的工作、无法定位隶属的工作、技术归零的工作,都需要总体设计师顶上。长期从事运载火箭总体设计工作的史晓宁,常年眼睛肿胀、干涩,甚至曾在工作中累到呕吐,在就医后短暂休整,便回到工作中。

在超负荷状态下,史晓宁仍保持着对航天事业的热情。谈话间,他提到最多的就是责任心,这份责任心源自全局意识和总体思维。

“总体设计师要加强与各系统间的沟通和交流,对每个技术细节都心中有数,找到问题的最优解。”在史晓宁看来,工作中所需要的学习能力、沟通能力、知识储备等,都是在为总体思维和全局意识服务。

史晓宁是这样理解的,也是这样做的。总体设计师需要根据运载火箭项目的实施进展编写很多技术报告,每一个运载火箭型号都需要专业程度高、指导性强的材料。每一次总体材料都由史晓宁亲自撰写,日积月累,材料摞起来早已超过他的身高。他用奉献、奋斗、坚持的精神感染整个团队。

在协调“力箭一号”与搭载卫星的过程中,史晓宁所带领的总体设计团队曾遇到一个棘手的难题。当开展地面试验后,大家发现某项力学环境参数超过初期提出的条件,卫星反馈存在单机产品失效的风险。如何用最小的代价排除隐患,大家一筹莫展。

史晓宁带领总体设计团队,从系统全局入手,充分了解卫星的技术状态,综合分析成本、进度、技术更改复杂程度等因素,提出开展星箭联合设计。团队废寝忘食、争分夺秒,在不断模拟、试验下,找到了对现有系统影响最小的综合解决方案,消除了隐患。

作为新一代航天青年,对于如何做好总体设计工作,史晓宁有自己的认识:“时刻保持总体思维,利用多元化的信息渠道,多学习和了解各系统、各专业的技术细节,才能提出兼顾各方的最优方案。”

洗练,在行业前端采撷创新宝藏

神舟十三凯旋  

二○二二年四月十六日,神舟十三号载人飞船凯旋。

1天,100天,1000天……这是一场无法预期的漫长实验,可能成功的喜悦会在某一次尝试后,猝不及防地充满整个心房,但大多数时候,只能记录下失败的数据,用一个夜晚整理情绪,然后再次发起挑战。作为长期攻关战略性、前沿性火箭项目的科研人员,北京中科宇航技术有限公司创新中心总经理杨浩亮早已习惯了这一过程。

“航天人的创新,来自沉淀和磨炼。”即便身处最具前瞻性、引领性的行业之一,这位80后火箭总体设计师推崇的并非“灵感”或“迭代思维”,而是老一辈身上的“务实”。因为经验告诉他——创新一定不是无中生有,而是深厚的理论土壤中生发的新芽,是大浪淘沙后洗练的宝藏,是一次次试错中磨砺的珍珠。

随着全球在小卫星赛道的竞争日趋激烈,杨浩亮和团队一度将目光瞄准其中的关键技术——星箭分离。“传统的分离主要为火工式,但存在分离冲击大、可靠性低、环境污染等问题。目前,国际上正在研制非火工的分离方式,我们也加入此列。”他们希望研发出一种释放冲击小、可重复使用的航天器分离装置。

第一步,是把基础调研做扎实。他们梳理出小卫星对于分离方式的需求,面向航天、船舶、汽车等其他工业领域,广泛且不设限地搜集一切可能符合需求的样例;查阅大量资料,去学习、发现可能用到的新材料和新结构。第二步,是把论证做严谨。回到基础理论层面,逐一分析、验证选定的材料或工艺,提出改进的方向和措施。第三步,是自己上手去试。其他行业的工业产品对小卫星适不适用?某一新理论能否运用于迭代现有产品?在全部设想付诸实践之前,没人能知道答案。

电磁分离试过了,但过程中产生的电磁干扰会影响通电,不行……

气动分离试过了,但高温中气体会发生膨胀或者缩小,导致气体流量不稳定,不行……

记忆合金试过了,材料在加热和冷却过程中发生的相变和逆相变可以带来较大的力,那么是否可以利用该特点进行星箭分离?继续……

有时全部推倒重来,有时部分改进。在最终选定记忆合金材料并固定为航天产品之前,他们大概尝试了420次,持续了一年半时间。

这个过程,被杨浩亮比作“大浪淘沙”,科研人员付出大量时间和耐心去淘洗灵感的沙砾,最终沉淀下来的,就是创新的宝藏。

“航天人也是这样。”杨浩亮说,唯有经历百般磨砺,练就一身“内功”和一颗“大心脏”后留下的人,方能成为建设航天强国的主力。

协同,重塑制研合作模式

天问一号“落火”  

 二○二一年五月十五日,“天问一号”着陆火星。

近期,80后青年、中国科学院力学研究所空天飞行科技中心高级工程师廉洁接过一项颇具挑战的任务——给一个起飞重量135吨、近地轨道能力达1.5吨的“大块头”装上“大脑”。

这个“大块头”可不简单,它是一枚直径大、运载能力强的固体火箭,几乎与当前世界上运载能力最强的“织女星”相当。廉洁团队要设计的,是如“大脑”一般操控这枚火箭的飞行控制系统。

这个工作有多精细?人眨眼的时间是0.2~0.4秒,而卫星入轨的速度是七千米/秒,也就是说,火箭在眨眼之间就会飞出两公里左右,需要极致精细地控制时序、飞行轨迹、姿态等。这个工作有多复杂?它涉及十余个专业、数十个系统接口,弹道、气动、载荷、环境、结构、分离、导航、制导、姿控、仿真、软件……

如此大型、复杂的研制任务,考验的不只有研发人员的技术水平,还有协同作战的能力。“在航天领域,历来有质量问题技术、管理‘双归零’的好传统,因为许多技术问题都能追溯到管理上的薄弱环节。”廉洁想,将不同专业接口的研发人员聚在一起时,如何以管理激活技术,在全箭维度最大程度释放设计余量,是研发的前提和关键。

为此,廉洁带着团队不断创新工作方法。他们自学管理学知识,借鉴指标细分、过程控制、标准管理等理念,设计了一套多级项目计划管理模式。每周,部门统筹编制一份工作清单,廉洁作为负责人,为大家梳理难点,明确周度、月度目标。有人形象地比喻,过去大家是“蒙着眼跑步”,闷头跑自己的,不知哪里是终点,现在一块儿梳理清单、细分任务,“教练员”带着“运动员”一起冲刺。

他们向互联网、传媒等领域的现代化企业取经,引入“小团队、大协同”的工作模式。在这次固体运载火箭任务中,他们按专业接口关系成立了“弹道-制导运载能力优化”“动力-伺服-分离-姿控稳定性优化”“导航-惯性器件-GNSS模块设计优化”等跨部门协同小组,小组之间不再是上下游关系,而是流程再造后的协作关系。

这群80后、90后火箭设计师,用新时代年轻人特有的信息融合眼光和知识迁移能力,突破“老一套”,再造了一套适应当前火箭研发新变化的协作模式。近期在研的固体火箭中,这套模式“大显身手”,使团队如期完成各项设计。

“当前,空间站建设、载人航天、行星探测等重大突破给了我们更多方向和机会,人工智能、信息融合、类脑科学与传统飞行控制相结合,为完成更复杂的太空任务提供了可能。”廉洁相信,面向未来的火箭和航天产品研发,比拼的绝不只有技术的深度和广度,还有各专业协同开发、多学科联合优化的实力和水平。

坚定,下水滴石穿的功夫

羲和号“探日”  

二○二一年十月十四日,“羲和号”发射成功,我国步入“探日”时代。

记者采访朱永泉时,他已前往酒泉。电话中他语气温和,但在他的故事中感受到的,是“坚定”二字。

作为中国科学院力学研究所空天飞行科技中心信息电子技术部主任,朱永泉率领团队主要负责“力箭一号”航电系统的抓总研制和系统集成测试交付。

对于运载火箭的航电系统,朱永泉做了个生动的比喻:“如果运载火箭是一个人,那动力系统就是心脏,为火箭飞行提供动力;结构系统是筋骨,支撑火箭在各种载荷条件下的结构承载特性;而航电系统就是大脑与神经,控制火箭飞行。”

复杂系统,难题千头万绪,一旦出现疏忽,将导致不可估量的后果。整个团队承担了很大的工作压力,尤其是项目负责人朱永泉,团队所有压力都集中在他身上。不仅如此,他还要疏导团队所有成员的负面情绪,将压力转化为工作动力,这需要常人难以想象的意志力。

朱永泉曾经在短时间内遇到大量技术难题,就像答一张全是超纲题的试卷,答完一张,还有下一张,限定时间必须答完,不得有一丝拖延,这几乎是不可能完成的任务。但朱永泉主动担当,顶住压力,凭借超强的意志力将每一份试卷都答成了满分。“打不败的朱永泉”,同事们开始这样称呼他。

2020年10月至2021年9月近一年的时间里,朱永泉和团队泡在航电系统综合实验室,300多天没有回家。测试期间,大大小小的问题出现了200多个,然而白天需要配合开展正常的测试任务,有些问题只能晚上进行排查。朱永泉每天都坚持到后半夜,甚至通宵达旦。

同事们都说,正是朱永泉意志坚定、从不言弃的榜样力量,鼓舞团队成员一起攻坚克难。大家紧密合作,互相鼓励,最终所有问题实现闭环处理,为该型号火箭顺利转入飞行试验阶段奠定了坚实基础。

“每个专业的设计师都需要沉下心来,站好自己这班岗。”朱永泉说,在航天事业中,坚持不懈的精神很重要。航天事业不是一代人能完成的,每个其中的个体都要准备好:去经历岁月的磨砺,肯下水滴石穿的功夫。

(本报记者 陈煜 秦伟利 李丹阳)

 
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