2020年1月10日,《人民日报》要闻版发表长篇文章《神舟二十载 问天不停歇》,以近整版的大篇幅对中国航天科技集团五院神舟团队进行了详细报道。
《神舟二十载 问天不停歇》
筑梦太空,问鼎九天。长征五号遥三运载火箭成功发射、北斗全球组网进入冲刺期、嫦娥翩然落月背、空间实验室完成服役返回……过去一年多,我国航天事业发展步履铿锵、硕果累累。1999年11月20日清晨,神舟一号飞船发射,我国载人航天大幕徐徐开启。转眼20年,作为我国载人航天器研制设计工作的主力军,神舟团队书写了一项又一项骄人成绩:将6艘载人飞船、5艘无人飞船和2个空间实验室顺利送入太空;护航11名中国航天员、14人次完成太空之旅,最长在轨时间达30天;实现太空出舱、交会对接、太空授课……而这支优秀的团队,平均年龄仅有33岁,他们将自己的热血青春与祖国发展同频共振,时刻以冲锋的姿态,托举起中华民族的载人航天梦。
——编者
岁末年初,中国航天科技集团五院载人航天总体部的大楼里,神舟团队的科研工作者们步履匆匆。
去年7月,天宫二号空间实验室完成任务、顺利返回,神舟团队又立刻投入到下一项研发任务中。20多年来,神舟团队将6艘载人飞船、2个空间实验室成功送入太空;护航多位航天员完成太空之旅;完成太空出舱、交会对接、组合体飞行等任务……这张骄人的成绩单背后,是科研团队长达几十年的科研攻关。
向未知领域,探路!
“关键核心技术是买不来的”
“每一点航天领域的科技进步,都是人类向着浩渺星空迈进了一步”,年过八旬的陈祖贵老先生,向记者讲起了我国载人航天事业的发展历程,往事犹如卷起的画卷,徐徐展开……
“圜则九重,孰营度之?惟兹何功,孰初作之?”这首诗描写了中国人探索宇宙的梦想,从那个时候开始,飞天梦就深埋在了中华民族的血脉里。
1999年,发生了三件大事:新中国成立50周年、澳门归回、神舟飞天。一时间,人们探索宇宙的热情被再次点燃。“‘神一’的意义,我认为比‘神五’更大。”回首过往,神舟号飞船首任总设计师戚发轫院士颇有感触,他说,在神舟五号飞船载着航天员杨利伟安全返航的时候,他却想去看看“神一”回收的地方。
“那是在多么艰难的条件下干出来的事业!”戚院士说。在上世纪六七十年代,我国就有了第一代返回式卫星——“曙光一号”的研制计划。“受制于计算机技术水平,直到上世纪80年代,我国载人航天事业仍进展不大。我们想自主研发星载计算机芯片,推动载人航天事业快速发展,经过不懈努力,终于成功了。”陈祖贵说。
硬件做了出来,软件编写成了难题。在一次星—地对接仿真实验中,团队发现卫星姿态数据明显异常。“当时没有相关软件,很难定位问题源,团队压力特别大。”队员们没日没夜工作在实验室里,累了就趴在桌子上休息一会,饿了就随便吃一点。经过反复排查,最终发现不是软件问题,而是芯片上的一个存储单元坏了。
就是在这种艰苦条件下,陈老带领团队先后攻克了计算机控制卫星姿态的控制系统研制,掌握了卫星全姿态捕获技术、卫星应急控制器技术等。后来在神舟科研攻关期间,他们还成功研制出我国载人飞船GNC系统,并成功应用于9艘神舟飞船。
1992年,我国载人航天工程正式启动。“那时候,没有实验场地和设备,可谓困难重重。”戚院士说,只有把地面试验做充分,才能确保成功,这就要求必须建立完善的科研基地。
“飞船研制要用到哪些设备,这些设备如何研制?这个挑战一点也不比研制飞船本身小。”戚院士说,那时候,航天五院边设计、边出图、边建设,在北京建成了采用AIT一体化设计思想建成的总装厂房、亚洲最大的真空罐和电磁兼容实验室以及振动台……
载人航天总体部总设计师杨宏觉得自己是个“幸运儿”,一参加工作就赶上“神舟”立项。“起步阶段,我们对整个载人航天系统的认知都不到位。”他记得自己曾经在一次地面检测中,“烧”坏过4台设备。“因为电路设计、电源器件的研制,都需要在实验中一点点摸索。”
早期研发阶段,团队也曾向国际同行寻求帮助。“但关键核心技术是买不来的。”陈祖贵回忆,很多所谓的“核心”技术,只不过是从公开发表的文章里抄下来的。
团队没有气馁。“就拿海上回收来说,5200公里的海域,我们没有依托于航母的海上救生技术,海上回收成了巨大的难题。”杨宏说,为此,团队研发了海上定点回收技术,确保海上迫降后航天员能顺利上岸。
“为了研发海上定点回收技术,我们不知编写了多少程序、做了多少实验、测试了多少数据。”杨宏感慨。
航天员安全,守护!
“要时刻问自己,敢不敢坐自己研发的飞船”
“5,4,3,2,1,点火!起飞!”这串口令,每一个神舟人都烂熟于心。每个数字代表着不同任务指令,要不假思索、形成惯性动作。“500秒内,发出100多条指令,决不能出现任何差池。”杨宏说。
“航天产品可靠性为0.97,因为要保障人的安全,载人航天的失败率必须控制在3‰以内。两个要求同时满足,故障率必须在三十万分之一以内。换句话说,每天发一次,30年都不能出问题。”对此,戚院士对团队说的最多的一句话就是:“要时刻问自己,敢不敢坐自己研发的飞船?”
要保障安全性,就必须用上所有的可靠性措施。“从起飞到把飞船送到预定轨道,有8种故障救生模式。在飞船入轨之后,还有180多种故障对策。实际上,在大约70万条计算机程序中,30%是应付正常飞行的,70%用于应付故障。”戚院士介绍。
从“神一”发射至今,团队创造了“0失误”和回收“10环打靶”的优异成绩,但“一次成功不代表次次成功,这次成功不代表下次成功。我们时常告诫自己,每一次都必须‘从零开始’。”杨宏告诉记者。
在神舟三号发射前,飞船已经进入靶场时,团队却发现一个电连接器出现障碍。“必须返厂做失效性分析。”杨宏回忆,返厂后发现,电连接器本身有设计缺陷,要重新设计,但同样的元器件在飞船上用了77个,重新设计生产需要三个月。
“坚决不能让有哪怕一丝缺陷的飞船上天!”指挥部当即决定,暂停发射计划,全员撤场。杨宏作为当时的主任设计师,受到了处分,这也成为杨宏职业生涯中最痛的事。
“地面测试就要暴露问题,暴露越多,上天后就越安全。”陈祖贵说,他曾受邀观看航天员训练。在离心机旁,航天员身上压着相当于自身体重4—8倍的载荷,这种训练让他们脸色苍白,表情痛苦。陈老看在眼里,疼在心里。
“那一刻我感觉责任重大,当即向航天员们许下承诺,不仅要让他们安全回来,还要让他们舒舒服服回来!”陈老字字铿锵。经过团队设计,神舟五号飞船返回时,杨利伟实际承受的载荷仅有自身体重的3.2倍,可以用“舒服”来形容。
“我们和航天员的关系犹如‘厨师’和‘顾客’。以前,我们要让航天员‘吃饱’,现在要让航天员‘吃好’,这就需要我们去‘试吃’。”曾任天宫二号总体主任设计师的柏林厚做了个形象的比喻。
2016年10月19日凌晨,神舟十一号与天宫二号完成交会对接,景海鹏、陈冬开启30天太空生活。这次“超长待机”对飞行器宜居设计提出巨大考验。
怎么住得舒服?团队下足了功夫:开发天地一体化多媒体系统,让航天员可以看球赛、听新闻,还能跟家人、战友视频聊天;设计可折叠多功能平台,让航天员就餐和进行科普活动时更方便;研制无线头戴设备,解决有线头戴设备“相互纠缠”问题,让航天员在舱内更自由地与地面对话……
在地面研制时,柏林厚和同事们经常把自己模拟成航天员,进舱实际体验。再根据自身感受和航天员反馈,不断完善舱内人性化设计,比如降噪、废弃物处理等。
引领高技术,突破!
“科研的最终目的是服务生活”
科研人员,都是幕后英雄。每一次成功背后,都是他们默默付出、接续奋斗的结果。
载人飞船系统副总设计师马晓兵习惯称自己为“爱找麻烦的人”。“做事情就要做到极致”,这是航天人坚持的准则,入行15年的马晓兵感触颇深。
2016年的一个深夜,值班人员发现航天员与地面的语音通信系统出了问题。“因为有故障预案,问题得以顺利解决。就是要在地面把‘所有可能出现的问题都考虑到’。”马晓兵回忆说。
对此,团队建立了地面监测防漏洞工作机制,出现问题第一时间解决,并形成“零缺陷、零故障、零疑点”的团队文化。
创新,是团队的另一种文化。
“新一代航天人必须要有创新精神。”马晓兵介绍说,遇到紧急情况时,飞船必须在4个小时内快速返回,否则航天员生命安全就会受到威胁。这就需要有大量的数据支持,在地面研制阶段,这些都需要考虑进去。
比如,在航天器交会对接中,飞船会有多次变轨,轨迹预期经常会有偏差。如何保证数据的实时更新,减少误差的发生,这让马晓兵及其团队犯了难。
“花了3年时间,团队利用神经网络算法,加入自主计算程序,通过提取飞船高度、飞行速度等参数,解决了数据误差问题,为航天员的救生提供了重要的技术保障。”马晓兵告诉记者。
“就拿天宫一号来说,仅用5年时间,就实现了大型壁板技术、控制力矩陀螺仪技术等11项关键核心技术的突破。”杨宏说。
据了解,为了满足太空舱航天员生存需要,确保长期密封舱里的空气环境质量达标,团队严格控制舱内所有金属、非金属材料的使用;为了解决工作设备发热对航天员生存空间的影响,他们采用通风换热方法,利用机器热量保障舱内温度……人性化的设计,多学科多维度的科研探索,让太空舱成了航天员温暖的家。