文章來源(yuan)：中國航天(tian)科技(ji)集團公司 發布(bu)時間：2018-08-26
人人都(dou)有(you)太(tai)(tai)空夢，而作為我(wo)國(guo)11艘(sou)神(shen)舟飛船、1艘(sou)貨運飛船GNC（制(zhi)導(dao)、導(dao)航(hang)與控制(zhi)）系統的締造者，他們的太(tai)(tai)空夢更加(jia)強烈。在一(yi)張白紙上，他們用23年的智慧編織(zhi)夢想，從成(cheng)千上萬的信息(xi)流和代(dai)碼(ma)中“抽(chou)絲剝繭”，先后(hou)參與攻克了返回控制(zhi)技(ji)術、自主(zhu)故障(zhang)診斷和應急(ji)救生技(ji)術、交會對接控制(zhi)技(ji)術等，讓太(tai)(tai)空漫步、太(tai)(tai)空之(zhi)吻變成(cheng)事實(shi)。
而(er)當面對鮮花(hua)和(he)榮(rong)譽時(shi)，班組長劉宗玉謙(qian)遜地說：“能承(cheng)擔這樣一份神圣(sheng)使(shi)命，本身就很光榮(rong)，而(er)能不(bu)負眾望圓滿完成這項任務，更是光榮(rong)。”
這，就是中國航天科技(ji)集團(tuan)公司(si)五院502所飛船(chuan)工程(cheng)組，一支僅19人的(de)(de)團(tuan)隊。因為始終(zhong)在“逐夢天宇，控寫傳奇(qi)”的(de)(de)路上，他們(men)自稱為“夢之(zhi)舟”班組。
從無到有 首代GNC玩轉天地間
GNC是(shi)制導、導航與控(kong)(kong)制的(de)英文縮寫。在飛船系統中，GNC負責飛船飛行全過程(cheng)的(de)姿態和軌道(dao)控(kong)(kong)制以及在軌太(tai)陽帆(fan)板控(kong)(kong)制。也就是(shi)說(shuo)，飛船如(ru)何(he)運動、如(ru)何(he)返回(hui)是(shi)由GNC決定的(de)。正因如(ru)此，有人將(jiang)GNC比(bi)喻為飛船的(de)眼睛和大腦(nao)。
有位從事GNC研制的專家曾說：如果沒有GNC，飛船只能停留在科(ke)學幻想的階段。
1994年，飛(fei)船工程組(zu)初成立時，只有(you)美國(guo)和俄羅斯(si)掌握飛(fei)船GNC技術。從哪里(li)入手，一(yi)時間，研(yan)制人員就像“老虎(hu)吃(chi)天——無處(chu)下口”一(yi)樣，有(you)勁(jing)使不上。
“可以說，從無到(dao)有是(shi)靠人和時(shi)間堆砌起來的(de)。”據(ju)參與了11艘神(shen)舟飛船GNC系統研制的(de)班(ban)組(zu)產品(pin)保(bao)證經(jing)理(li)李(li)婷(ting)介紹，當時(shi)的(de)計算(suan)機(ji)落后，大部分計算(suan)和數據(ju)判讀(du)需要人工(gong)完成。當時(shi)已50多歲的(de)原班(ban)組(zu)長(chang)王南華帶領十幾個組(zu)員啃(ken)硬(ying)骨頭，搞(gao)設計、做計算(suan)、做測試，已經(jing)到(dao)了癡迷的(de)程(cheng)度。他們曾經(jing)半年時(shi)間吃(chi)住在單(dan)位，即便(bian)后來到(dao)了發射場，還在編(bian)寫(xie)控(kong)制軟件(jian)，心中的(de)壓力如巨石一般沉重。
終(zhong)于，在(zai)繼承(cheng)我(wo)國(guo)返回式衛星控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統成熟(shu)技術(shu)的基礎上，班組參與研制(zhi)(zhi)(zhi)出我(wo)國(guo)第一個具有制(zhi)(zhi)(zhi)導(dao)、導(dao)航和控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)全(quan)部功能(neng)的GNC系統，并且解決了(le)系統的故障自主(zhu)診斷和系統的自動(dong)重(zhong)構等問題。
此外，本著對航天員(yuan)安全負(fu)責(ze)的(de)(de)態度，飛船(chuan)工(gong)程組(zu)還在(zai)GNC系統(tong)(tong)中(zhong)設計了(le)相對獨(du)立、滿足人體工(gong)效學、可(ke)由航天員(yuan)啟動和操(cao)作的(de)(de)手動控制系統(tong)(tong)。
事(shi)實上，從神(shen)舟(zhou)一號飛船(chuan)(chuan)到神(shen)舟(zhou)五號飛船(chuan)(chuan)，GNC控制精度不斷提高(gao)。當神(shen)舟(zhou)五號飛船(chuan)(chuan)成(cheng)功落地后，指揮部領(ling)導向中央(yang)匯報說(shuo)，神(shen)舟(zhou)五號飛船(chuan)(chuan)“打靶”中了十環。
其實，這比中(zhong)了(le)(le)十環要難得多。除了(le)(le)電視上呈(cheng)現的完(wan)美軌跡，班組(zu)在姿態(tai)確(que)定與返回(hui)再(zai)入控制技(ji)術上還采用了(le)(le)多項(xiang)新技(ji)術，如返回(hui)再(zai)入自(zi)適應制導技(ji)術等，保證(zheng)了(le)(le)飛船具備(bei)多種條(tiao)件(jian)下安全(quan)準確(que)返回(hui)的能力，并開(kai)發出全(quan)面的地面驗(yan)證(zheng)系統。
從有到強 超強大腦操控“萬里穿針”
2011年11月3日，天宮一號和神舟八號上使用的(de)光學成像敏(min)感(gan)器上演了(le)首次“太空之吻”，性能指標達到世界前列，對接精度比設計要(yao)求高近10倍，標志著我(wo)國首次掌握(wo)了(le)空間交會對接GNC技術。
那一(yi)刻，北京航天飛行控(kong)制(zhi)中心的飛船工程組團隊激動地抱(bao)在了一(yi)起(qi)。“起(qi)初心里沒(mei)底，當看到(dao)交會對接(jie)精度時，非常激動，五六年的辛苦付出(chu)值了，后(hou)續(xu)工作的信心更足了。”盡管(guan)2005博(bo)士(shi)畢業后(hou)就來到(dao)了502所，但(dan)神舟(zhou)八號是劉(liu)宗玉完整跟(gen)下來的第一(yi)個神舟(zhou)型號。如今再回憶過往，他(ta)依(yi)然十(shi)分(fen)激動。
倘(tang)若說返回控制(zhi)技術(shu)(shu)是(shi)(shi)神(shen)舟飛船(chuan)第一代(dai)GNC系(xi)統的重(zhong)大突(tu)破(po)，那么交(jiao)會對接技術(shu)(shu)當屬第二代(dai)GNC系(xi)統的主要突(tu)破(po)——同樣是(shi)(shi)在一張白(bai)紙上作圖，不同的是(shi)(shi)，隨(sui)著現代(dai)信息技術(shu)(shu)的發展(zhan)，他們(men)有了快(kuai)速(su)仿真技術(shu)(shu)、虛擬測(ce)試平臺的支持。
“通(tong)過仿真設計(ji)，提出指(zhi)標和(he)要(yao)求，形成(cheng)(cheng)(cheng)任(ren)務(wu)(wu)書(shu)，然后把任(ren)務(wu)(wu)書(shu)變成(cheng)(cheng)(cheng)一個個產(chan)品，通(tong)過充分細(xi)致的(de)測試、試驗(yan)驗(yan)證使設計(ji)‘迭(die)代(dai)’。”班組成(cheng)(cheng)(cheng)員郝(hao)慧如此描述他們的(de)工(gong)作。
在(zai)神(shen)舟八號GNC分(fen)系統研(yan)制中(zhong)，交會對接敏感器(qi)(qi)是最關鍵(jian)也是最難啃的(de)硬(ying)骨頭，而(er)其中(zhong)又以光(guang)(guang)學成像(xiang)敏感器(qi)(qi)、激(ji)光(guang)(guang)雷達、微(wei)波雷達的(de)研(yan)制最為(wei)艱辛。為(wei)了在(zai)地(di)面(mian)驗(yan)證交會對接敏感器(qi)(qi)的(de)性(xing)能(neng)，2007年(nian)~2011年(nian)，飛船工程(cheng)組(zu)專門模(mo)擬(ni)交會對接軌(gui)跡和環境，先后(hou)奔赴全(quan)國多地(di)開展了性(xing)能(neng)試(shi)驗(yan)。
據副組(zu)(zu)長馮燁回憶(yi)，西(xi)北的冬(dong)天(tian)特別冷，白天(tian)他們冒著(zhu)嚴(yan)寒測試(shi)，晚上就(jiu)幾(ji)個人擠在帳篷(peng)里互相取暖。在直升機掛飛(fei)試(shi)驗中，他們更是只能坐在夾(jia)板上判讀(du)測試(shi)數(shu)據，顛簸得(de)頭暈惡心。“我記得(de)，在沙漠里做試(shi)驗時，氣(qi)溫達(da)到40攝氏度(du)，大巴車里開著(zhu)空調，可(ke)溫度(du)始終(zhong)降不下(xia)來。”組(zu)(zu)員劉(liu)增波說。
此(ci)外，為了(le)實現對飛行器的(de)(de)閉環(huan)控制(zhi)，飛船(chuan)工(gong)程(cheng)組利用現代(dai)信息(xi)手段，設計了(le)交會對接敏感(gan)器模擬器，并研制(zhi)了(le)一(yi)(yi)套交會對接地面測(ce)試系統。也正是因(yin)為這些嚴絲(si)合縫的(de)(de)試驗與測(ce)試驗證，才(cai)有了(le)神舟(zhou)八(ba)號(hao)(hao)和(he)天宮一(yi)(yi)號(hao)(hao)的(de)(de)“萬里穿(chuan)針”。
2013年，神(shen)舟十號(hao)和天宮一(yi)號(hao)在太(tai)空(kong)上演了(le)一(yi)曲優美(mei)的(de)舞蹈(dao)，從多個對(dui)接方向(xiang)“親吻”，并首次全面驗證了(le)人(ren)控(kong)系(xi)統的(de)高可(ke)靠性。據組(zu)員(yuan)李志(zhi)宇介(jie)紹，他(ta)(ta)們(men)設計了(le)一(yi)整套模(mo)擬(ni)座艙系(xi)統，并升級了(le)計算(suan)機平(ping)臺(tai)。航天員(yuan)在這(zhe)里可(ke)以(yi)真實模(mo)擬(ni)太(tai)空(kong)手控(kong)操作(zuo)，他(ta)(ta)們(men)親切地稱(cheng)這(zhe)些全心全意為(wei)其安(an)全考慮的(de)航天人(ren)為(wei)老師。
“每(mei)一次過(guo)來模擬操(cao)作(zuo)，航天(tian)員都(dou)非常認真，有時還會要求(qiu)操(cao)作(zuo)多遍(bian)。”李志宇說。
從神舟到天舟首次實現全自動繞飛
作(zuo)為(wei)我國首艘貨運(yun)飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)(chuan)，天(tian)舟一號(hao)(hao)目前已經(jing)經(jing)歷(li)了與天(tian)宮二號(hao)(hao)的(de)兩次(ci)(ci)交會(hui)對接(jie)(jie)。第一次(ci)(ci)交會(hui)對接(jie)(jie)驗證了貨運(yun)飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)(chuan)在陽照(zhao)條件下的(de)交會(hui)對接(jie)(jie)能力，第二次(ci)(ci)交會(hui)對接(jie)(jie)前進(jin)行了繞(rao)飛(fei)(fei)(fei)。與之前神(shen)舟十一號(hao)(hao)的(de)繞(rao)飛(fei)(fei)(fei)不(bu)同，此次(ci)(ci)貨運(yun)飛(fei)(fei)(fei)船(chuan)(chuan)繞(rao)飛(fei)(fei)(fei)是一次(ci)(ci)全自動繞(rao)飛(fei)(fei)(fei)：GNC系統的(de)計算機接(jie)(jie)到(dao)繞(rao)飛(fei)(fei)(fei)指令后自主規劃出最優繞(rao)飛(fei)(fei)(fei)軌(gui)跡，自主進(jin)行變軌(gui)控制，不(bu)需(xu)要地面人員(yuan)的(de)干預。
其(qi)實早在(zai)2012年，當人們還沉浸于交會對接(jie)任務圓滿(man)成(cheng)(cheng)功的(de)(de)喜悅中時，飛船(chuan)(chuan)工程組就瞄(miao)準了(le)貨運飛船(chuan)(chuan)的(de)(de)各項(xiang)新(xin)技術研究。在(zai)天(tian)舟一號GNC系統正(zheng)樣硬件和軟件產(chan)品研制已(yi)經(jing)完成(cheng)(cheng)，開始出廠前(qian)的(de)(de)最后測(ce)試(shi)時，有專家試(shi)探性地(di)提出能否在(zai)天(tian)舟一號上使用(yong)一些新(xin)技術，飛船(chuan)(chuan)工程組興奮地(di)答應(ying)了(le)。他們著實為自己的(de)(de)先見之(zhi)明高興了(le)一番。
飛船工(gong)程組需要在不打(da)亂(luan)既定研發計(ji)劃的(de)基礎上，用最(zui)短(duan)的(de)時間、做最(zui)少的(de)改動來滿(man)足新任務(wu)要求(qiu)。為(wei)此(ci)，他們1年(nian)內升(sheng)級(ji)了多個軟件版本，并對高精度、高可靠(kao)、符合工(gong)程約束的(de)GNC系統方案進(jin)行了全方位驗(yan)證。
與神舟(zhou)飛(fei)(fei)船(chuan)不(bu)同，天舟(zhou)一號貨運(yun)飛(fei)(fei)船(chuan)是全新的結構。據負責貨運(yun)飛(fei)(fei)船(chuan)GNC分系統測試(shi)(shi)的組員李明(ming)明(ming)介紹，整船(chuan)在初樣測試(shi)(shi)和正樣測試(shi)(shi)的基(ji)礎上，增加了鑒定(ding)飛(fei)(fei)船(chuan)測試(shi)(shi)。所(suo)以，測試(shi)(shi)戰線(xian)更(geng)長、難度更(geng)大。
“尤其是(shi)初樣測試(shi)，是(shi)一個痛苦的(de)迭代過程。從2012年8月至2014年5月，我們(men)大都是(shi)晚上九十點(dian)下班(ban)，在測試(shi)中(zhong)發現的(de)問(wen)題以及認為設計上需(xu)要改進的(de)地方有近200項。”李明(ming)明(ming)自豪地說。
2015年初，飛(fei)(fei)船進行了(le)近兩個月的模(mo)擬飛(fei)(fei)行測試。為了(le)保證模(mo)飛(fei)(fei)測試順利進行，每次模(mo)飛(fei)(fei)測試前一天，副組長馮燁(ye)都會帶領劉增波、王瀛、于欣欣、胡宇桑進行一次等時長的系統測試。
當時恰逢春(chun)節(jie)，年(nian)初(chu)(chu)七要進行模飛測試(shi)，他們就(jiu)初(chu)(chu)六到位進行系統測試(shi)。后方(fang)班(ban)組成員更是時刻準備增援前方(fang)、前后聯動(dong)。他們“每(mei)個人心中都有一根關于‘細致’的‘弦(xian)’”。
例如，加電測試階段，他們負(fu)責的(de)數(shu)據參數(shu)表有600多頁，需要關注的(de)參數(shu)有3000多個。“每個參數(shu)的(de)變化都有可能反映系統的(de)特征表現，即便暫時沒有表現出問(wen)題也(ye)要找出原因(yin)，防(fang)止一切可能出現的(de)問(wen)題。”組員高偉(wei)告訴記(ji)者(zhe)。
正是研(yan)制(zhi)人員時刻緊繃“細致”這(zhe)根(gen)“弦”，才造就了(le)飛船(chuan)工程(cheng)組不(bu)敗的(de)戰績。
“第一(yi)次交會對(dui)接時，我(wo)捏了一(yi)把冷汗，在(zai)成功那一(yi)剎那，整個(ge)北京(jing)航天飛行控制中心的樓宇響(xiang)起震(zhen)耳掌聲，我(wo)認為這是(shi)對(dui)我(wo)們的肯定。”李明明說。
新老搭配 “雁陣”結構打造最強梯隊
在(zai)飛(fei)船工(gong)程(cheng)組，光學類(lei)、機(ji)電類(lei)、電子類(lei)等(deng)產品研制(zhi)人員，軟件開發人員等(deng)就(jiu)如(ru)同七巧板，任何一塊都不能(neng)缺(que)。如(ru)何讓這些人才發揮出1+1＞2的效果，將型(xing)號研制(zhi)與人才梯隊建設(she)有(you)機(ji)融合，是幾代班組長一直在(zai)思考(kao)的問(wen)題。
自然界(jie)中，“人”型(xing)雁(yan)(yan)陣是大雁(yan)(yan)飛(fei)得最快最省(sheng)力的構型(xing)，雁(yan)(yan)陣飛(fei)行速度是單只大雁(yan)(yan)的1.71倍。飛(fei)船(chuan)工(gong)程組(zu)借鑒這一理念，創建(jian)“雁(yan)(yan)陣”人才培育模式。
早(zao)期，面對交會對接任務(wu)技術難度(du)大、新研設備多、研制周期短等諸多難題，班組(zu)(zu)“雁陣”體系以(yi)“正(zheng)、副組(zu)(zu)長為領頭雁、技術平臺負責人為中堅雁、組(zu)(zu)員(yuan)為前(qian)行(xing)雁”，細(xi)化(hua)“雁陣”中每個成(cheng)員(yuan)的具體職(zhi)責，形成(cheng)了良好的班組(zu)(zu)發展氛圍。
第一(yi)任(ren)“領頭雁(yan)”王南華(hua)是將“嚴慎細(xi)實”作(zuo)風詮釋到(dao)極致的(de)人。她(ta)(ta)習(xi)慣隨身攜帶筆記(ji)本(ben)，把(ba)問題和要點隨時記(ji)錄在冊。對于每(mei)一(yi)個(ge)設計接口，她(ta)(ta)都(dou)堅(jian)持測試到(dao)位、眼見為實。“搞航天走的(de)是一(yi)條攀登路，任(ren)務(wu)重，風險大，只能(neng)盡(jin)一(yi)切(qie)可能(neng)做好(hao)！”王南華(hua)說(shuo)。她(ta)(ta)這種嚴慎細(xi)實的(de)作(zuo)風被(bei)“雁(yan)子們”很好(hao)地傳承了(le)下來。
這么多年來(lai)，班組的(de)工作狀態從十(shi)幾個人干一(yi)艘(sou)飛船(chuan)變(bian)(bian)成了(le)十(shi)幾個人干幾艘(sou)飛船(chuan)，班組長也經(jing)歷了(le)四代，但(dan)刻苦(ku)鉆(zhan)研、小心(xin)求證的(de)精神(shen)始終不變(bian)(bian)。
“嚴(yan)慎細實說起來(lai)簡單，做起來(lai)難(nan)。載人(ren)飛(fei)船幾十件產品，每(mei)一個敏感(gan)器在(zai)什(shen)(shen)么階段可能出(chu)現什(shen)(shen)么故障，出(chu)故障后采取(qu)什(shen)(shen)么對策……我們(men)需要想到幾百個預案(an)。不僅要想到，還要驗證、測試到。”劉宗玉(yu)說。因為(wei)(wei)對待工作較真，所有測試數據(ju)必須(xu)要眼見為(wei)(wei)實，他被同事們(men)稱之為(wei)(wei)“軸人(ren)”。
近年(nian)來，型(xing)號(hao)任(ren)(ren)務(wu)(wu)呈(cheng)井噴(pen)式(shi)發展(zhan)，立(li)足科(ke)研生產任(ren)(ren)務(wu)(wu)“多型(xing)號(hao)并舉，多專業并存”的(de)特(te)點，班組衍生出“微(wei)(wei)雁(yan)(yan)陣”。“微(wei)(wei)雁(yan)(yan)陣”成員呈(cheng)動態化模(mo)式(shi)，根據型(xing)號(hao)各研制(zhi)階(jie)段的(de)任(ren)(ren)務(wu)(wu)不同，“領頭雁(yan)(yan)”由多位技術骨干更替輪換擔任(ren)(ren)，“前行(xing)雁(yan)(yan)”呈(cheng)交(jiao)替式(shi)動態“位移”，在型(xing)號(hao)研制(zhi)各階(jie)段負責不同的(de)工(gong)作(zuo)。
“從生物學角度考(kao)慮，大(da)雁在飛的(de)過程中是會交替換位(wei)的(de)，以達到省力的(de)效果。”馮燁介紹說，“我們把(ba)不同(tong)的(de)飛船(chuan)型號作為不同(tong)的(de)平(ping)臺(tai)(tai)，每個平(ping)臺(tai)(tai)有一個成熟的(de)技(ji)(ji)術骨干擔任負(fu)責人(ren)，帶(dai)領幾名技(ji)(ji)術人(ren)員開展設計或測(ce)試工作。當這幾個人(ren)逐(zhu)漸(jian)成熟后，再把(ba)他們分到其(qi)他平(ping)臺(tai)(tai)的(de)不同(tong)位(wei)置(zhi)上(shang)去。”
這種新(xin)老搭配、交替換位(wei)的(de)模式，不僅(jin)提高(gao)了(le)工作效率，也加速了(le)人才成長(chang)。例如，在(zai)馮燁帶領的(de)天舟一號(hao)測試(shi)(shi)團(tuan)隊中(zhong)(zhong)，于欣欣曾參與神舟八號(hao)測試(shi)(shi)，王瀛(ying)曾參與神舟九號(hao)測試(shi)(shi)，李(li)(li)明明和(he)胡(hu)宇桑從未參與過(guo)測試(shi)(shi)工作。在(zai)上百次測試(shi)(shi)的(de)錘(chui)煉中(zhong)(zhong)，本就(jiu)理論功底深(shen)厚(hou)的(de)李(li)(li)明明博(bo)士如今已是獨當一面的(de)中(zhong)(zhong)堅力量。
近年來，飛船工程(cheng)組積極承(cheng)擔預(yu)先(xian)研究工作(zuo)，涌現出一(yi)大(da)批“跨(kua)(kua)型(xing)(xing)號”“跨(kua)(kua)領域(yu)”的(de)新型(xing)(xing)專業(ye)人才。他們承(cheng)擔起(qi)快速仿真驗證、數(shu)字化設計(ji)等(deng)方面工作(zuo)，涉(she)及多(duo)個“微雁陣”系統，是(shi)新型(xing)(xing)“跨(kua)(kua)界雁”人才，具備多(duo)項(xiang)專業(ye)新技術。
如今，在劉(liu)宗玉的帶領下，幾個(ge)“微(wei)雁陣”正在新一代載(zai)人飛(fei)船GNC系統(tong)研制道路上(shang)振翅飛(fei)翔，續(xu)寫“船”奇(qi)。