文章來源(yuan)：中國航天科技集(ji)團公司 發布(bu)時間：2018-08-26
人人都有(you)太(tai)(tai)空(kong)夢，而作為我國11艘神舟飛船、1艘貨運飛船GNC（制導、導航與控制）系統的(de)締造者(zhe)，他們的(de)太(tai)(tai)空(kong)夢更加強烈。在一(yi)張白紙上，他們用23年的(de)智(zhi)慧編織夢想，從(cong)成(cheng)千上萬的(de)信息流和(he)代碼中(zhong)“抽絲(si)剝繭”，先(xian)后參與攻(gong)克了返回控制技(ji)術(shu)、自主故(gu)障診斷和(he)應急(ji)救生技(ji)術(shu)、交會(hui)對接控制技(ji)術(shu)等，讓太(tai)(tai)空(kong)漫步(bu)、太(tai)(tai)空(kong)之吻變(bian)成(cheng)事實。
而當面對鮮花和榮(rong)(rong)譽時，班組長劉宗玉謙遜地(di)說：“能承擔這樣一(yi)份神圣使命(ming)，本身就(jiu)很光(guang)榮(rong)(rong)，而能不負眾望圓滿完成這項任(ren)務，更是(shi)光(guang)榮(rong)(rong)。”
這，就是中國航天(tian)科技集團公司(si)五院502所飛船工程組，一支(zhi)僅19人(ren)的團隊。因為始終在(zai)“逐(zhu)夢天(tian)宇，控寫傳(chuan)奇(qi)”的路(lu)上(shang)，他們自稱為“夢之舟”班組。
從無到有 首代GNC玩轉天地間
GNC是(shi)(shi)制(zhi)導(dao)、導(dao)航與控(kong)制(zhi)的(de)英文縮寫。在(zai)飛(fei)(fei)(fei)船系統中，GNC負責飛(fei)(fei)(fei)船飛(fei)(fei)(fei)行全過程的(de)姿(zi)態和軌(gui)道控(kong)制(zhi)以及在(zai)軌(gui)太陽帆板控(kong)制(zhi)。也就是(shi)(shi)說，飛(fei)(fei)(fei)船如何運動、如何返(fan)回是(shi)(shi)由GNC決定(ding)的(de)。正因如此，有人將GNC比喻為(wei)飛(fei)(fei)(fei)船的(de)眼睛(jing)和大腦。
有位(wei)從(cong)事GNC研制的(de)專(zhuan)家曾說(shuo)：如果沒有GNC，飛船只(zhi)能停(ting)留在(zai)科(ke)學幻(huan)想的(de)階段(duan)。
1994年，飛船(chuan)工程組初(chu)成立時，只有美(mei)國和(he)俄羅斯掌握飛船(chuan)GNC技(ji)術。從哪里入(ru)手，一(yi)時間(jian)，研制(zhi)人員就(jiu)像“老虎吃天——無處(chu)下口”一(yi)樣(yang)，有勁使不上。
“可以說，從無到(dao)有是靠人和時(shi)(shi)間堆砌(qi)起來(lai)的(de)。”據參與(yu)了(le)11艘(sou)神舟飛船GNC系(xi)統研(yan)制(zhi)的(de)班組(zu)產品保證經(jing)理李婷介紹，當時(shi)(shi)的(de)計(ji)(ji)算機落后，大部(bu)分計(ji)(ji)算和數據判讀需要人工完成。當時(shi)(shi)已(yi)50多歲(sui)的(de)原班組(zu)長(chang)王南華(hua)帶領十幾個組(zu)員啃硬骨頭(tou)，搞設(she)計(ji)(ji)、做計(ji)(ji)算、做測試，已(yi)經(jing)到(dao)了(le)癡迷的(de)程度。他們曾經(jing)半(ban)年時(shi)(shi)間吃住在(zai)單位，即便后來(lai)到(dao)了(le)發射場(chang)，還在(zai)編寫控(kong)制(zhi)軟件，心中的(de)壓力如巨石一般沉重(zhong)。
終于，在繼承(cheng)我國返回式衛星控制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)成熟技術(shu)的基礎上，班組參與研制(zhi)出我國第一個具有制(zhi)導、導航和控制(zhi)全(quan)部功能的GNC系(xi)(xi)統(tong)，并且解(jie)決了系(xi)(xi)統(tong)的故障自(zi)主診斷和系(xi)(xi)統(tong)的自(zi)動重構等問(wen)題。
此外，本著對航(hang)天(tian)員安全負(fu)責(ze)的(de)(de)態度，飛船工程組還在GNC系(xi)統中設(she)計了相對獨(du)立(li)、滿(man)足(zu)人(ren)體工效學、可由航(hang)天(tian)員啟動(dong)和操(cao)作的(de)(de)手動(dong)控制系(xi)統。
事實上(shang)，從神舟一號(hao)飛(fei)船(chuan)到(dao)神舟五號(hao)飛(fei)船(chuan)，GNC控制(zhi)精(jing)度不(bu)斷提(ti)高。當神舟五號(hao)飛(fei)船(chuan)成功落地后(hou)，指揮部領導(dao)向(xiang)中央匯報說，神舟五號(hao)飛(fei)船(chuan)“打(da)靶”中了(le)十環。
其實，這比中了(le)十環(huan)要難得多(duo)。除(chu)了(le)電視上(shang)呈現的(de)完美(mei)軌跡(ji)，班組在姿態(tai)確(que)定(ding)與(yu)返(fan)回(hui)(hui)(hui)再入控制技術(shu)上(shang)還采(cai)用了(le)多(duo)項新技術(shu)，如返(fan)回(hui)(hui)(hui)再入自適應制導技術(shu)等，保證(zheng)了(le)飛船(chuan)具(ju)備多(duo)種條件(jian)下(xia)安全(quan)準確(que)返(fan)回(hui)(hui)(hui)的(de)能(neng)力，并開發出全(quan)面(mian)的(de)地面(mian)驗證(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(ba)號上使用(yong)的光學成像敏感器上演了(le)首(shou)次“太(tai)空(kong)之吻”，性能(neng)指標達到世界前列，對接精度比設計要求高近10倍，標志著我國首(shou)次掌握了(le)空(kong)間交會對接GNC技術。
那一刻，北(bei)京航天飛行控制中心(xin)的飛船工程(cheng)組團隊激動(dong)地抱在了(le)一起(qi)(qi)。“起(qi)(qi)初心(xin)里沒底(di)，當看到(dao)交會對接精度時，非(fei)常(chang)激動(dong)，五六年的辛苦(ku)付出值了(le)，后(hou)續工作的信心(xin)更足了(le)。”盡管(guan)2005博士畢業(ye)后(hou)就來到(dao)了(le)502所，但神舟八(ba)號(hao)(hao)是劉宗玉完(wan)整跟下來的第一個神舟型號(hao)(hao)。如今再回憶過往，他依然十分激動(dong)。
倘(tang)若說返回控制技術(shu)(shu)是神舟(zhou)飛船第(di)一(yi)代(dai)GNC系統的(de)(de)重大突(tu)破(po)，那么交會對(dui)接(jie)技術(shu)(shu)當屬第(di)二代(dai)GNC系統的(de)(de)主要突(tu)破(po)——同樣是在一(yi)張白(bai)紙上作(zuo)圖，不同的(de)(de)是，隨著現(xian)代(dai)信息技術(shu)(shu)的(de)(de)發展，他們有(you)了快(kuai)速仿真(zhen)技術(shu)(shu)、虛擬(ni)測(ce)試平臺的(de)(de)支持。
“通過仿真設計，提出指標和(he)要求，形成(cheng)任(ren)務(wu)(wu)書，然后(hou)把(ba)任(ren)務(wu)(wu)書變成(cheng)一個(ge)個(ge)產品(pin)，通過充分細致的測試、試驗驗證使設計‘迭代(dai)’。”班組成(cheng)員郝慧如此描述他們的工作。
在神舟八號GNC分系(xi)統研(yan)制中(zhong)，交(jiao)會對接(jie)敏感(gan)器是最(zui)關鍵也是最(zui)難啃的(de)硬骨頭(tou)，而(er)其中(zhong)又以(yi)光學(xue)成(cheng)像敏感(gan)器、激光雷(lei)達、微波雷(lei)達的(de)研(yan)制最(zui)為艱辛。為了在地面驗證交(jiao)會對接(jie)敏感(gan)器的(de)性能，2007年~2011年，飛船工程組專(zhuan)門模(mo)擬交(jiao)會對接(jie)軌跡和(he)環境(jing)，先后奔赴全國多地開展(zhan)了性能試(shi)驗。
據副組(zu)長馮(feng)燁(ye)回憶(yi)，西北的(de)冬天特別冷(leng)，白天他們冒著嚴寒(han)測試，晚上就幾(ji)個人擠在(zai)(zai)(zai)(zai)帳篷里互相取(qu)暖。在(zai)(zai)(zai)(zai)直升機掛(gua)飛試驗中(zhong)，他們更(geng)是只能(neng)坐在(zai)(zai)(zai)(zai)夾板上判讀測試數據，顛簸(bo)得頭暈惡心。“我記得，在(zai)(zai)(zai)(zai)沙漠里做試驗時，氣溫達(da)到(dao)40攝(she)氏(shi)度，大巴(ba)車里開著空調，可溫度始終降不下來。”組(zu)員劉(liu)增波(bo)說。
此外(wai)，為了(le)實現(xian)對(dui)飛行器(qi)的閉環控制，飛船工程組利用(yong)現(xian)代信息手(shou)段，設計了(le)交(jiao)會對(dui)接敏感器(qi)模擬器(qi)，并研制了(le)一套交(jiao)會對(dui)接地面測(ce)試系統(tong)。也正(zheng)是因為這些嚴絲合(he)縫的試驗(yan)與測(ce)試驗(yan)證，才有了(le)神舟八號(hao)和天(tian)宮一號(hao)的“萬里穿針”。
2013年，神(shen)舟十(shi)號和(he)天宮一號在(zai)太空(kong)上演了(le)(le)一曲優美的舞蹈，從(cong)多個(ge)對接方(fang)向(xiang)“親(qin)吻”，并(bing)首(shou)次全面驗證了(le)(le)人控系(xi)統的高可靠性。據組員李(li)志宇介紹，他(ta)們設計了(le)(le)一整(zheng)套模(mo)擬座艙系(xi)統，并(bing)升級了(le)(le)計算(suan)機平臺。航天員在(zai)這里可以(yi)真實(shi)模(mo)擬太空(kong)手控操(cao)作，他(ta)們親(qin)切地稱這些全心(xin)全意為(wei)其(qi)安全考慮的航天人為(wei)老(lao)師。
“每一次過來模擬操作(zuo)，航天員都非常認真，有時還會要求(qiu)操作(zuo)多遍。”李志宇說。
從神舟到天舟首次實現全自動繞飛
作為我國首艘貨運飛(fei)(fei)船(chuan)，天舟(zhou)一號(hao)目前(qian)已經經歷了與天宮二號(hao)的兩次(ci)交(jiao)會對接(jie)。第一次(ci)交(jiao)會對接(jie)驗證了貨運飛(fei)(fei)船(chuan)在陽照條件下(xia)的交(jiao)會對接(jie)能力，第二次(ci)交(jiao)會對接(jie)前(qian)進(jin)行了繞(rao)飛(fei)(fei)。與之前(qian)神舟(zhou)十一號(hao)的繞(rao)飛(fei)(fei)不同(tong)，此次(ci)貨運飛(fei)(fei)船(chuan)繞(rao)飛(fei)(fei)是一次(ci)全自動繞(rao)飛(fei)(fei)：GNC系統的計算機接(jie)到(dao)繞(rao)飛(fei)(fei)指(zhi)令(ling)后自主(zhu)規(gui)劃出最優繞(rao)飛(fei)(fei)軌跡，自主(zhu)進(jin)行變軌控制(zhi)，不需(xu)要地面(mian)人員(yuan)的干(gan)預。
其實(shi)早在(zai)2012年，當人們還沉(chen)浸(jin)于交會(hui)對接(jie)任務圓滿成功的(de)(de)喜(xi)悅(yue)中時，飛船工(gong)程(cheng)組就瞄準(zhun)了貨運飛船的(de)(de)各項新技(ji)術研究。在(zai)天舟一(yi)號(hao)GNC系統正(zheng)樣硬件(jian)和軟件(jian)產品研制已經(jing)完(wan)成，開始出(chu)廠(chang)前的(de)(de)最后測試時，有專家試探性地(di)提出(chu)能否在(zai)天舟一(yi)號(hao)上使用一(yi)些新技(ji)術，飛船工(gong)程(cheng)組興奮(fen)地(di)答應(ying)了。他們著(zhu)實(shi)為(wei)自己的(de)(de)先見之明高興了一(yi)番。
飛船工(gong)程組需要在不打亂(luan)既定研(yan)發計劃的(de)(de)基(ji)礎上，用最短的(de)(de)時間(jian)、做最少的(de)(de)改動來滿足新任務要求(qiu)。為此，他(ta)們(men)1年內(nei)升級了(le)多(duo)個軟件版本，并對高(gao)精度、高(gao)可靠、符合工(gong)程約束的(de)(de)GNC系統(tong)方案進行了(le)全方位驗證。
與神舟飛船(chuan)不同，天舟一號貨(huo)運(yun)飛船(chuan)是(shi)全(quan)新的(de)結構。據負責貨(huo)運(yun)飛船(chuan)GNC分系統測試的(de)組員李明(ming)明(ming)介紹，整船(chuan)在初樣測試和(he)正樣測試的(de)基礎上，增加了鑒(jian)定飛船(chuan)測試。所以，測試戰線(xian)更長、難度更大。
“尤其是初樣測(ce)試，是一個痛苦的(de)迭代過程。從(cong)2012年(nian)8月(yue)至2014年(nian)5月(yue)，我們(men)大都是晚上九十點(dian)下班，在測(ce)試中發現的(de)問題以及(ji)認為設計上需要(yao)改(gai)進的(de)地(di)方(fang)有近(jin)200項。”李明明自(zi)豪地(di)說。
2015年初，飛船進行(xing)了近兩個月(yue)的模擬飛行(xing)測試。為了保證(zheng)模飛測試順利進行(xing)，每次模飛測試前一(yi)(yi)天，副組長(chang)馮燁都(dou)會帶領劉增(zeng)波(bo)、王瀛、于欣欣、胡宇(yu)桑進行(xing)一(yi)(yi)次等時長(chang)的系統測試。
當時恰(qia)逢春節，年初(chu)七要進(jin)行模飛測試，他(ta)們(men)就初(chu)六到位(wei)進(jin)行系統測試。后方班組成員更(geng)是時刻(ke)準備增援前方、前后聯(lian)動。他(ta)們(men)“每個人心中都有一根關(guan)于‘細致’的‘弦’”。
例如(ru)，加電測試(shi)階(jie)段(duan)，他們負責(ze)的數據參數表(biao)有(you)600多頁(ye)，需要關注的參數有(you)3000多個(ge)。“每個(ge)參數的變化都有(you)可(ke)能反映系統的特征(zheng)表(biao)現(xian)，即便暫(zan)時沒有(you)表(biao)現(xian)出問題也要找出原因，防止一切(qie)可(ke)能出現(xian)的問題。”組員(yuan)高偉告(gao)訴(su)記者。
正(zheng)是研制人員時刻緊繃“細(xi)致”這根“弦”，才造就了(le)飛船工程(cheng)組不敗的戰績(ji)。
“第一(yi)次交會(hui)對(dui)接時(shi)，我捏了一(yi)把冷汗，在成功那(nei)一(yi)剎那(nei)，整個北京(jing)航天飛(fei)行(xing)控制中心的樓宇響起(qi)震耳(er)掌聲，我認為這是(shi)對(dui)我們的肯定。”李明明說。
新老搭配 “雁陣”結構打造最強梯隊
在(zai)飛(fei)船工程(cheng)組，光(guang)學(xue)類、機電類、電子類等(deng)產品研制(zhi)人員，軟件(jian)開發(fa)人員等(deng)就如(ru)同(tong)七巧板，任何(he)一(yi)塊都不能缺(que)。如(ru)何(he)讓這些人才(cai)(cai)發(fa)揮(hui)出1+1＞2的效果(guo)，將型號研制(zhi)與人才(cai)(cai)梯隊建(jian)設有機融合(he)，是幾代班組長一(yi)直在(zai)思考的問題。
自然(ran)界中，“人”型(xing)雁(yan)陣是(shi)(shi)大雁(yan)飛得最快最省力(li)的構(gou)型(xing)，雁(yan)陣飛行速度(du)是(shi)(shi)單只大雁(yan)的1.71倍。飛船(chuan)工程組借鑒這(zhe)一(yi)理念，創建“雁(yan)陣”人才培育(yu)模式。
早期，面對(dui)交會對(dui)接任務技術(shu)難度大(da)、新研(yan)設備多(duo)、研(yan)制周期短等諸(zhu)多(duo)難題，班(ban)組(zu)“雁陣”體(ti)系以“正、副組(zu)長為領頭雁、技術(shu)平(ping)臺負責人(ren)為中堅雁、組(zu)員為前行雁”，細化“雁陣”中每個成員的(de)具(ju)體(ti)職(zhi)責，形(xing)成了(le)良好(hao)的(de)班(ban)組(zu)發展(zhan)氛(fen)圍(wei)。
第一(yi)任“領頭雁(yan)”王南華(hua)是(shi)將“嚴慎細實”作風(feng)(feng)詮釋(shi)到極致(zhi)的人(ren)。她習慣隨身攜帶筆(bi)記本，把問題和(he)要點(dian)隨時(shi)記錄(lu)在冊(ce)。對于(yu)每一(yi)個設(she)計(ji)接口，她都堅持測試到位、眼見為實。“搞航天走的是(shi)一(yi)條攀登(deng)路，任務重，風(feng)(feng)險大(da)，只能盡(jin)一(yi)切可能做好！”王南華(hua)說。她這種(zhong)嚴慎細實的作風(feng)(feng)被“雁(yan)子(zi)們(men)”很好地傳承了下來。
這么(me)多年(nian)來，班(ban)組的工作狀態從(cong)十(shi)幾個人(ren)干一艘(sou)飛船變成了十(shi)幾個人(ren)干幾艘(sou)飛船，班(ban)組長也經歷了四代，但(dan)刻苦鉆(zhan)研(yan)、小心求證的精(jing)神始終不變。
“嚴慎細實說起(qi)來簡單，做起(qi)來難。載(zai)人(ren)(ren)飛(fei)船幾十件產品，每一個(ge)敏感器在(zai)什(shen)么階段可(ke)能出現什(shen)么故(gu)障，出故(gu)障后采取什(shen)么對(dui)策……我們需要(yao)想到(dao)幾百個(ge)預案(an)。不僅要(yao)想到(dao)，還要(yao)驗證、測試(shi)到(dao)。”劉宗玉說。因為對(dui)待工作(zuo)較真，所有測試(shi)數據必須要(yao)眼見為實，他被同事(shi)們稱之(zhi)為“軸人(ren)(ren)”。
近(jin)年來，型號(hao)任務(wu)呈(cheng)(cheng)井噴式發展，立(li)足科研(yan)(yan)生(sheng)產任務(wu)“多型號(hao)并舉，多專業并存”的特點，班(ban)組衍生(sheng)出“微雁(yan)陣”。“微雁(yan)陣”成員呈(cheng)(cheng)動(dong)態化模(mo)式，根(gen)據(ju)型號(hao)各研(yan)(yan)制階(jie)段的任務(wu)不(bu)同，“領頭(tou)雁(yan)”由(you)多位技術骨干更替輪換擔(dan)任，“前行雁(yan)”呈(cheng)(cheng)交替式動(dong)態“位移”，在型號(hao)研(yan)(yan)制各階(jie)段負(fu)責不(bu)同的工(gong)作(zuo)。
“從生(sheng)物學角度考慮，大雁在飛(fei)的(de)(de)(de)過程中(zhong)是會交(jiao)替換(huan)位(wei)的(de)(de)(de)，以達(da)到省力(li)的(de)(de)(de)效果。”馮燁介紹說，“我(wo)們(men)把不同(tong)的(de)(de)(de)飛(fei)船型(xing)號作為不同(tong)的(de)(de)(de)平(ping)臺，每個平(ping)臺有(you)一(yi)個成熟(shu)的(de)(de)(de)技術骨干(gan)擔任負責人，帶(dai)領幾名技術人員開展設計或測(ce)試工(gong)作。當(dang)這幾個人逐漸成熟(shu)后，再把他們(men)分到其他平(ping)臺的(de)(de)(de)不同(tong)位(wei)置上去。”
這種(zhong)新老搭配(pei)、交替換位的模式(shi)，不僅提高了工(gong)作效率，也加速了人(ren)才成長。例如，在馮燁帶(dai)領的天舟(zhou)一號(hao)測試(shi)團隊中(zhong)(zhong)，于欣(xin)欣(xin)曾(ceng)參(can)與神(shen)舟(zhou)八(ba)號(hao)測試(shi)，王瀛曾(ceng)參(can)與神(shen)舟(zhou)九(jiu)號(hao)測試(shi)，李明明和胡宇桑從未參(can)與過測試(shi)工(gong)作。在上(shang)百次測試(shi)的錘(chui)煉中(zhong)(zhong)，本(ben)就理論功底深厚的李明明博士如今已(yi)是獨當(dang)一面(mian)的中(zhong)(zhong)堅力(li)量。
近年來，飛船(chuan)工(gong)程組積極承擔預(yu)先研究工(gong)作，涌現出(chu)一(yi)大批“跨型號”“跨領域”的(de)新(xin)型專(zhuan)業人(ren)才。他(ta)們(men)承擔起(qi)快速(su)仿真(zhen)驗證、數(shu)字化設計等方面工(gong)作，涉(she)及多(duo)個“微雁(yan)陣”系統，是新(xin)型“跨界雁(yan)”人(ren)才，具備多(duo)項專(zhuan)業新(xin)技術(shu)。
如(ru)今，在劉宗玉的帶領下，幾個“微雁陣”正在新一代載人飛船GNC系統研制道(dao)路(lu)上振翅飛翔，續寫“船”奇(qi)。