文章來源：中國航天科技集團公(gong)司 發布時間：2018-08-26
人(ren)人(ren)都有太空(kong)(kong)(kong)夢，而作(zuo)為我國11艘(sou)神舟飛船、1艘(sou)貨運飛船GNC（制導、導航與(yu)控制）系統的(de)締造者，他們(men)的(de)太空(kong)(kong)(kong)夢更加強烈。在一(yi)張白紙(zhi)上(shang)，他們(men)用(yong)23年的(de)智(zhi)慧(hui)編織夢想(xiang)，從成(cheng)千(qian)上(shang)萬的(de)信息流和代碼(ma)中“抽絲剝繭(jian)”，先(xian)后參與(yu)攻克了返(fan)回控制技(ji)術(shu)、自主故障診(zhen)斷和應急救生技(ji)術(shu)、交會對接控制技(ji)術(shu)等，讓太空(kong)(kong)(kong)漫步、太空(kong)(kong)(kong)之吻變(bian)成(cheng)事實。
而當面對鮮(xian)花(hua)和榮譽時，班組長劉宗玉謙遜地說(shuo)：“能承擔這樣一份神(shen)圣使命，本(ben)身就(jiu)很光榮，而能不負(fu)眾(zhong)望(wang)圓滿完(wan)成這項(xiang)任務，更是光榮。”
這，就是中(zhong)國(guo)航天(tian)科技集(ji)團公司五(wu)院502所飛船工(gong)程(cheng)組，一支僅19人的團隊。因為始終在“逐夢(meng)天(tian)宇，控寫傳奇”的路上，他們自稱為“夢(meng)之舟”班組。
從無到有 首代GNC玩轉天地間
GNC是(shi)制(zhi)導(dao)、導(dao)航與控(kong)制(zhi)的(de)英文縮寫(xie)。在飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)系(xi)統中，GNC負責飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)飛(fei)(fei)(fei)行全過(guo)程的(de)姿態和(he)軌(gui)道控(kong)制(zhi)以及在軌(gui)太(tai)陽帆板控(kong)制(zhi)。也就是(shi)說，飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)如(ru)何運動、如(ru)何返(fan)回是(shi)由(you)GNC決定的(de)。正(zheng)因(yin)如(ru)此，有人將GNC比喻為飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)的(de)眼睛和(he)大腦。
有(you)位從事(shi)GNC研(yan)制的專家曾(ceng)說(shuo)：如果沒有(you)GNC，飛船(chuan)只能停(ting)留在科學幻(huan)想的階段(duan)。
1994年，飛(fei)(fei)船(chuan)工程組初成立時，只有美國和俄羅斯掌握飛(fei)(fei)船(chuan)GNC技術(shu)。從哪(na)里入手，一時間，研(yan)制人(ren)員(yuan)就像(xiang)“老虎(hu)吃天——無(wu)處下口”一樣(yang)，有勁使不(bu)上。
“可以(yi)說，從(cong)無到(dao)有是(shi)靠人和(he)時間(jian)堆砌起來(lai)的(de)(de)。”據參(can)與(yu)了11艘神(shen)舟飛船GNC系統研制的(de)(de)班(ban)組產品保證經(jing)理李婷(ting)介(jie)紹，當(dang)時的(de)(de)計(ji)(ji)算(suan)機落(luo)后，大部分(fen)計(ji)(ji)算(suan)和(he)數據判讀需要人工完成。當(dang)時已50多歲的(de)(de)原班(ban)組長王南華帶領十幾個組員啃硬骨頭，搞設(she)計(ji)(ji)、做計(ji)(ji)算(suan)、做測試，已經(jing)到(dao)了癡迷的(de)(de)程度(du)。他們曾經(jing)半年時間(jian)吃住在(zai)單位，即便后來(lai)到(dao)了發射場，還在(zai)編寫控制軟(ruan)件(jian)，心中(zhong)的(de)(de)壓力如(ru)巨石一般沉重(zhong)。
終于，在繼承我國返回式衛星控制系統(tong)成(cheng)熟技術的基礎上，班組參與研制出我國第一個(ge)具有制導、導航和控制全部功能的GNC系統(tong)，并且解決了系統(tong)的故障(zhang)自(zi)主診斷和系統(tong)的自(zi)動重構等(deng)問題。
此外，本著對(dui)(dui)航天員安(an)全(quan)負責的態度，飛船工程組(zu)還在GNC系統(tong)中設(she)計了相對(dui)(dui)獨立、滿足人(ren)體工效學、可由航天員啟動和(he)操作的手動控制系統(tong)。
事(shi)實上，從(cong)神舟一號(hao)飛(fei)船(chuan)到神舟五號(hao)飛(fei)船(chuan)，GNC控制精度不(bu)斷提高。當神舟五號(hao)飛(fei)船(chuan)成(cheng)功(gong)落地后，指揮部領導向中央匯報說，神舟五號(hao)飛(fei)船(chuan)“打靶”中了(le)十(shi)環(huan)。
其(qi)實，這比中了(le)十環要(yao)難得多。除了(le)電視(shi)上呈現(xian)的(de)(de)完美軌跡，班組(zu)在姿態確定(ding)與返回(hui)再入(ru)控制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)上還采用(yong)了(le)多項新(xin)技(ji)術(shu)(shu)，如返回(hui)再入(ru)自適應制(zhi)導技(ji)術(shu)(shu)等，保證了(le)飛船具備多種條(tiao)件下安全(quan)(quan)準確返回(hui)的(de)(de)能力，并(bing)開發出全(quan)(quan)面的(de)(de)地(di)面驗(yan)證系統(tong)。
從有到強 超強大腦操控“萬里穿針”
2011年11月3日，天宮一號(hao)和神舟八號(hao)上使(shi)用(yong)的光學成(cheng)像敏(min)感器上演了首次“太空之吻”，性能指標達(da)到(dao)世(shi)界前列，對(dui)接精度比設計要求高近10倍，標志著我國首次掌(zhang)握了空間(jian)交會對(dui)接GNC技(ji)術。
那一(yi)(yi)刻，北(bei)京航天(tian)飛(fei)(fei)行控制中心的(de)飛(fei)(fei)船工(gong)程(cheng)組團隊激動(dong)(dong)地抱在了一(yi)(yi)起(qi)(qi)。“起(qi)(qi)初(chu)心里沒底，當看到交會(hui)對接精度時(shi)，非常激動(dong)(dong)，五六年(nian)的(de)辛苦(ku)付出值了，后(hou)(hou)續工(gong)作(zuo)的(de)信心更足了。”盡管2005博(bo)士畢業后(hou)(hou)就(jiu)來到了502所，但(dan)神(shen)舟(zhou)八號(hao)(hao)是劉宗(zong)玉完整跟下來的(de)第一(yi)(yi)個神(shen)舟(zhou)型(xing)號(hao)(hao)。如今再回憶過往(wang)，他依然十分激動(dong)(dong)。
倘若(ruo)說返回控制技(ji)術(shu)是神(shen)舟飛船第(di)一代(dai)GNC系統的(de)重大突破，那么交會(hui)對接技(ji)術(shu)當屬(shu)第(di)二(er)代(dai)GNC系統的(de)主要突破——同(tong)樣是在一張(zhang)白紙上(shang)作圖，不同(tong)的(de)是，隨(sui)著現代(dai)信息技(ji)術(shu)的(de)發展，他們(men)有了快速仿真技(ji)術(shu)、虛(xu)擬測試平臺(tai)的(de)支持。
“通(tong)過仿真設計(ji)，提出(chu)指標和要求，形成(cheng)任務(wu)書，然后把任務(wu)書變成(cheng)一個個產品，通(tong)過充分細致的測試(shi)、試(shi)驗(yan)驗(yan)證使設計(ji)‘迭(die)代(dai)’。”班組(zu)成(cheng)員郝(hao)慧如此描(miao)述他們(men)的工作。
在神舟八號(hao)GNC分(fen)系(xi)統研(yan)制(zhi)中，交會對接敏(min)感(gan)器(qi)是(shi)最關鍵也是(shi)最難啃的(de)硬(ying)骨頭，而其中又(you)以光學(xue)成像(xiang)敏(min)感(gan)器(qi)、激光雷達、微(wei)波雷達的(de)研(yan)制(zhi)最為艱(jian)辛(xin)。為了在地(di)面驗證交會對接敏(min)感(gan)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)，2007年~2011年，飛船工程組專門模擬交會對接軌跡和環(huan)境，先后奔赴全國多地(di)開展了性(xing)能(neng)試(shi)驗。
據(ju)副組(zu)長馮(feng)燁回(hui)憶(yi)，西北的冬天(tian)特(te)別冷，白天(tian)他們冒著(zhu)嚴(yan)寒(han)測試，晚上(shang)就(jiu)幾(ji)個人(ren)擠(ji)在(zai)帳篷里(li)互(hu)相取暖。在(zai)直升機掛(gua)飛(fei)試驗中(zhong)，他們更是只能坐在(zai)夾板上(shang)判(pan)讀測試數據(ju)，顛簸得頭暈惡心。“我記得，在(zai)沙漠里(li)做試驗時，氣溫達到40攝氏度(du)，大(da)巴車里(li)開(kai)著(zhu)空(kong)調(diao)，可溫度(du)始終降不下來(lai)。”組(zu)員劉增(zeng)波說。
此外，為(wei)了(le)實現(xian)對(dui)飛行器的閉環控制，飛船工程組利用現(xian)代信(xin)息(xi)手(shou)段，設計(ji)了(le)交會對(dui)接敏感器模擬器，并(bing)研制了(le)一套交會對(dui)接地面測(ce)試系(xi)統。也正是因(yin)為(wei)這些嚴絲合(he)縫的試驗(yan)與測(ce)試驗(yan)證，才有了(le)神(shen)舟八號和天(tian)宮一號的“萬里穿針(zhen)”。
2013年，神舟十(shi)號和天(tian)(tian)宮一號在太空上演了(le)(le)一曲優美的(de)舞蹈，從(cong)多個對接方向“親吻”，并(bing)首次全(quan)(quan)面驗證了(le)(le)人(ren)控系(xi)統的(de)高可靠性。據組員(yuan)李志宇介紹，他(ta)們設計了(le)(le)一整套模(mo)擬(ni)座(zuo)艙(cang)系(xi)統，并(bing)升級(ji)了(le)(le)計算機平臺。航天(tian)(tian)員(yuan)在這(zhe)(zhe)里(li)可以(yi)真實模(mo)擬(ni)太空手控操(cao)作，他(ta)們親切地稱這(zhe)(zhe)些全(quan)(quan)心全(quan)(quan)意為其安全(quan)(quan)考慮的(de)航天(tian)(tian)人(ren)為老師。
“每(mei)一次過(guo)來模擬操作(zuo)，航天員都非常認真，有時還會要(yao)求操作(zuo)多(duo)遍。”李志宇說。
從神舟到天舟首次實現全自動繞飛
作為我(wo)國首艘貨運飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)，天(tian)舟(zhou)一(yi)號(hao)目前(qian)已(yi)經經歷了與天(tian)宮二(er)(er)號(hao)的(de)兩次交(jiao)(jiao)會(hui)對(dui)(dui)(dui)接(jie)。第一(yi)次交(jiao)(jiao)會(hui)對(dui)(dui)(dui)接(jie)驗證了貨運飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)在陽照條件下(xia)的(de)交(jiao)(jiao)會(hui)對(dui)(dui)(dui)接(jie)能力(li)，第二(er)(er)次交(jiao)(jiao)會(hui)對(dui)(dui)(dui)接(jie)前(qian)進(jin)行(xing)了繞(rao)(rao)(rao)飛(fei)(fei)(fei)。與之前(qian)神舟(zhou)十一(yi)號(hao)的(de)繞(rao)(rao)(rao)飛(fei)(fei)(fei)不同，此次貨運飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)繞(rao)(rao)(rao)飛(fei)(fei)(fei)是一(yi)次全自(zi)動繞(rao)(rao)(rao)飛(fei)(fei)(fei)：GNC系統(tong)的(de)計算機接(jie)到繞(rao)(rao)(rao)飛(fei)(fei)(fei)指(zhi)令后(hou)自(zi)主(zhu)(zhu)規劃出最優(you)繞(rao)(rao)(rao)飛(fei)(fei)(fei)軌(gui)跡，自(zi)主(zhu)(zhu)進(jin)行(xing)變軌(gui)控制(zhi)，不需要(yao)地面(mian)人員的(de)干(gan)預。
其實(shi)早在2012年，當人們還沉浸(jin)于(yu)交會(hui)對(dui)接任務圓滿成(cheng)功的(de)喜悅中時(shi)(shi)，飛船工(gong)程(cheng)組(zu)(zu)就瞄準了貨運飛船的(de)各項新技(ji)術(shu)研究(jiu)。在天(tian)舟一(yi)號GNC系統正(zheng)樣硬件和軟件產品研制已(yi)經(jing)完成(cheng)，開始出廠前(qian)的(de)最(zui)后測試(shi)時(shi)(shi)，有(you)專家(jia)試(shi)探性(xing)地提出能否在天(tian)舟一(yi)號上使(shi)用(yong)一(yi)些新技(ji)術(shu)，飛船工(gong)程(cheng)組(zu)(zu)興(xing)(xing)奮地答應了。他們著(zhu)實(shi)為自己(ji)的(de)先見之明高興(xing)(xing)了一(yi)番。
飛船工程組需(xu)要在不(bu)打亂既定研發計劃的(de)基礎(chu)上，用(yong)最短(duan)的(de)時間、做最少的(de)改動來滿足新任務(wu)要求。為此，他(ta)們1年(nian)內升級(ji)了多個(ge)軟件版本，并對高(gao)精度、高(gao)可靠、符合工程約束的(de)GNC系統方(fang)案進行了全方(fang)位驗證。
與神舟飛(fei)船不同(tong)，天舟一號貨(huo)運飛(fei)船是全新的結(jie)構。據負(fu)責(ze)貨(huo)運飛(fei)船GNC分系統(tong)測試(shi)(shi)(shi)的組(zu)員李明明介(jie)紹，整船在初(chu)樣(yang)(yang)測試(shi)(shi)(shi)和(he)正樣(yang)(yang)測試(shi)(shi)(shi)的基礎上，增加(jia)了鑒定飛(fei)船測試(shi)(shi)(shi)。所以，測試(shi)(shi)(shi)戰線更(geng)長、難(nan)度更(geng)大(da)。
“尤(you)其是初樣測(ce)試，是一個痛苦的迭代過(guo)程。從(cong)2012年8月(yue)至2014年5月(yue)，我們大都是晚上(shang)九十點下班(ban)，在測(ce)試中發現的問題以及認為(wei)設(she)計(ji)上(shang)需要(yao)改(gai)進的地(di)方有近200項。”李明(ming)明(ming)自豪(hao)地(di)說(shuo)。
2015年初，飛船(chuan)進行了近(jin)兩個月的模擬飛行測(ce)(ce)(ce)試。為了保證模飛測(ce)(ce)(ce)試順(shun)利進行，每次(ci)模飛測(ce)(ce)(ce)試前(qian)一(yi)天(tian)，副組(zu)長馮燁都會帶領劉增(zeng)波(bo)、王瀛、于欣(xin)欣(xin)、胡宇桑(sang)進行一(yi)次(ci)等時長的系統測(ce)(ce)(ce)試。
當(dang)時(shi)恰逢春節，年(nian)初七要(yao)進行模飛測試，他們就初六到位進行系(xi)統(tong)測試。后方班組成員(yuan)更是時(shi)刻準備增(zeng)援前方、前后聯動。他們“每(mei)個人心中(zhong)都有一根關于‘細(xi)致’的‘弦(xian)’”。
例(li)如，加電測試階段，他們負責的數(shu)據參數(shu)表有(you)600多頁，需(xu)要關注(zhu)的參數(shu)有(you)3000多個。“每(mei)個參數(shu)的變化(hua)都(dou)有(you)可(ke)能(neng)反映系統的特征(zheng)表現(xian)，即便暫(zan)時沒有(you)表現(xian)出問題(ti)也要找出原因，防止一切可(ke)能(neng)出現(xian)的問題(ti)。”組員高偉告訴記者。
正是(shi)研制人員時(shi)刻緊繃“細致”這根“弦(xian)”，才(cai)造就了飛(fei)船工程組不敗的(de)戰績。
“第一次交(jiao)會對(dui)接時，我(wo)捏了(le)一把冷汗，在(zai)成功那一剎那，整個北京航天飛(fei)行(xing)控制中心的樓宇響起震耳掌(zhang)聲，我(wo)認(ren)為這是對(dui)我(wo)們的肯(ken)定。”李(li)明明說。
新老搭配 “雁陣”結構打造最強梯隊
在飛船工程組，光學類、機電類、電子類等(deng)產品(pin)研制人(ren)員，軟(ruan)件開發人(ren)員等(deng)就如同七(qi)巧(qiao)板，任(ren)何(he)一塊都不能缺。如何(he)讓這些人(ren)才(cai)發揮出1+1＞2的(de)效(xiao)果，將型(xing)號研制與人(ren)才(cai)梯隊(dui)建設有機融合，是幾代(dai)班組長一直在思考的(de)問題。
自然界(jie)中，“人(ren)”型(xing)(xing)雁陣(zhen)是大雁飛(fei)(fei)得最快最省力的構型(xing)(xing)，雁陣(zhen)飛(fei)(fei)行速度是單只(zhi)大雁的1.71倍(bei)。飛(fei)(fei)船工程組(zu)借鑒這一理念(nian)，創建“雁陣(zhen)”人(ren)才培(pei)育模(mo)式。
早(zao)期(qi)，面(mian)對交會對接任務(wu)技術難度(du)大、新研設備多、研制周期(qi)短等諸多難題，班(ban)組(zu)(zu)“雁(yan)(yan)陣”體(ti)系以(yi)“正、副(fu)組(zu)(zu)長為(wei)領頭雁(yan)(yan)、技術平臺負責人為(wei)中(zhong)堅雁(yan)(yan)、組(zu)(zu)員(yuan)(yuan)為(wei)前(qian)行雁(yan)(yan)”，細(xi)化(hua)“雁(yan)(yan)陣”中(zhong)每(mei)個成員(yuan)(yuan)的具體(ti)職(zhi)責，形成了良(liang)好的班(ban)組(zu)(zu)發展氛圍。
第一(yi)任(ren)“領(ling)頭雁(yan)”王南華(hua)是將“嚴慎(shen)細實”作風詮釋到(dao)極(ji)致的(de)人(ren)。她習(xi)慣(guan)隨(sui)身攜(xie)帶(dai)筆記本，把問題(ti)和要點隨(sui)時記錄在冊。對于每一(yi)個設計(ji)接口，她都堅(jian)持測試到(dao)位、眼(yan)見為(wei)實。“搞航天走(zou)的(de)是一(yi)條攀登(deng)路(lu)，任(ren)務(wu)重，風險大，只能盡一(yi)切可能做(zuo)好！”王南華(hua)說(shuo)。她這種嚴慎(shen)細實的(de)作風被(bei)“雁(yan)子們”很好地傳(chuan)承(cheng)了下來。
這么多年來(lai)，班組的工作狀態從十幾(ji)(ji)個人干一艘(sou)飛(fei)船(chuan)(chuan)變成了十幾(ji)(ji)個人干幾(ji)(ji)艘(sou)飛(fei)船(chuan)(chuan)，班組長(chang)也經(jing)歷了四(si)代，但刻苦鉆(zhan)研、小心求(qiu)證的精神(shen)始終不變。
“嚴(yan)慎細(xi)實說(shuo)起來簡單，做起來難。載人飛船(chuan)幾(ji)(ji)十(shi)件產品，每一(yi)個(ge)敏(min)感器在什(shen)么(me)階(jie)段可能(neng)出(chu)現什(shen)么(me)故障(zhang)，出(chu)故障(zhang)后(hou)采取什(shen)么(me)對策(ce)……我們(men)需(xu)要想到幾(ji)(ji)百(bai)個(ge)預(yu)案。不僅要想到，還要驗證、測(ce)試到。”劉宗玉說(shuo)。因為對待工作較真，所有測(ce)試數據必(bi)須要眼見為實，他被同(tong)事們(men)稱之(zhi)為“軸(zhou)人”。
近年來，型(xing)(xing)號任務呈井噴(pen)式發展(zhan)，立足科(ke)研生產任務“多(duo)型(xing)(xing)號并舉，多(duo)專業并存”的(de)特點(dian)，班組(zu)衍生出(chu)“微雁陣(zhen)”。“微雁陣(zhen)”成員呈動態(tai)化模式，根(gen)據型(xing)(xing)號各研制(zhi)階段的(de)任務不同(tong)，“領(ling)頭雁”由多(duo)位技術(shu)骨干(gan)更替輪換(huan)擔任，“前行雁”呈交替式動態(tai)“位移”，在(zai)型(xing)(xing)號研制(zhi)各階段負責不同(tong)的(de)工作。
“從生物學(xue)角度(du)考慮(lv)，大雁在飛(fei)的過(guo)程中是(shi)會交替換位的，以達到省力的效果(guo)。”馮燁介紹說，“我(wo)們把不(bu)同(tong)的飛(fei)船型(xing)號作為不(bu)同(tong)的平(ping)臺，每個(ge)平(ping)臺有一個(ge)成熟的技(ji)術骨(gu)干擔任負責人(ren)，帶領(ling)幾名(ming)技(ji)術人(ren)員(yuan)開展設計或(huo)測試(shi)工作。當這幾個(ge)人(ren)逐漸成熟后，再(zai)把他們分到其他平(ping)臺的不(bu)同(tong)位置上去。”
這種(zhong)新(xin)老搭配、交替(ti)換位的(de)模式，不僅(jin)提高了工作效率，也加速(su)了人才成長。例(li)如，在馮燁(ye)帶領的(de)天(tian)舟一號(hao)測(ce)試(shi)(shi)團隊中(zhong)，于欣(xin)欣(xin)曾參與神舟八號(hao)測(ce)試(shi)(shi)，王瀛曾參與神舟九號(hao)測(ce)試(shi)(shi)，李明明和(he)胡宇桑從未參與過測(ce)試(shi)(shi)工作。在上百次測(ce)試(shi)(shi)的(de)錘煉中(zhong)，本就理論(lun)功底深(shen)厚(hou)的(de)李明明博士如今已是獨(du)當一面的(de)中(zhong)堅力(li)量。
近(jin)年來(lai)，飛(fei)船工(gong)程組積極承擔預(yu)先研究工(gong)作，涌(yong)現(xian)出(chu)一大批“跨型(xing)號”“跨領域(yu)”的新型(xing)專(zhuan)業人才(cai)。他們承擔起(qi)快速仿真(zhen)驗證、數(shu)字化設(she)計等(deng)方(fang)面工(gong)作，涉及多(duo)個“微雁陣”系統，是(shi)新型(xing)“跨界雁”人才(cai)，具備多(duo)項(xiang)專(zhuan)業新技術。
如今，在劉(liu)宗玉(yu)的帶(dai)領下，幾個(ge)“微雁陣”正在新一(yi)代(dai)載(zai)人(ren)飛(fei)船GNC系統研制道路(lu)上振翅飛(fei)翔，續(xu)寫“船”奇。