文章來源：中(zhong)國(guo)航天(tian)科(ke)技集團公司 發布時間：2018-08-26
人人都(dou)有太(tai)空(kong)夢(meng)，而作為我國11艘神(shen)舟飛船、1艘貨運飛船GNC（制(zhi)導、導航與(yu)控制(zhi)）系統的(de)締造者，他們的(de)太(tai)空(kong)夢(meng)更加強烈。在一張(zhang)白紙(zhi)上，他們用23年的(de)智(zhi)慧編(bian)織夢(meng)想，從成(cheng)千上萬的(de)信息(xi)流和代(dai)碼中“抽絲剝繭(jian)”，先后參(can)與(yu)攻(gong)克了(le)返回(hui)控制(zhi)技(ji)術(shu)、自(zi)主(zhu)故(gu)障診斷和應急救生技(ji)術(shu)、交會對接控制(zhi)技(ji)術(shu)等，讓太(tai)空(kong)漫步(bu)、太(tai)空(kong)之吻變成(cheng)事實。
而當面對鮮花和榮(rong)譽時，班組長劉宗玉謙遜地說：“能承擔(dan)這樣一份(fen)神圣(sheng)使命，本身就很(hen)光榮(rong)，而能不負(fu)眾望(wang)圓滿完成這項任(ren)務，更是光榮(rong)。”
這(zhe)，就是中(zhong)國航天(tian)(tian)科技(ji)集團公司五院502所飛船工程組，一支僅19人(ren)的團隊。因為始(shi)終在“逐夢天(tian)(tian)宇，控寫(xie)傳奇(qi)”的路(lu)上(shang)，他們自(zi)稱為“夢之舟”班(ban)組。
從無到有 首代GNC玩轉天地間
GNC是制導、導航與控制的(de)英文縮寫(xie)。在飛船系統中，GNC負責飛船飛行全過程(cheng)的(de)姿態和軌道控制以及在軌太(tai)陽帆板控制。也就是說，飛船如(ru)何運動、如(ru)何返(fan)回是由GNC決定的(de)。正因如(ru)此(ci)，有(you)人將GNC比(bi)喻為飛船的(de)眼睛和大(da)腦。
有(you)位(wei)從(cong)事GNC研制的(de)專家曾說：如(ru)果沒有(you)GNC，飛船(chuan)只能停留在(zai)科學幻(huan)想的(de)階(jie)段。
1994年，飛船(chuan)工程組初成立(li)時，只(zhi)有(you)美國和(he)俄羅斯掌(zhang)握(wo)飛船(chuan)GNC技術。從哪里入手，一(yi)(yi)時間，研制人員就(jiu)像“老(lao)虎吃天——無處(chu)下口”一(yi)(yi)樣，有(you)勁使不上(shang)。
“可(ke)以說，從(cong)無到有是靠人和(he)時間堆(dui)砌(qi)起來的(de)。”據(ju)參與了11艘神(shen)舟飛(fei)船GNC系統研(yan)制的(de)班(ban)(ban)組產品保證經(jing)理李婷介紹，當時的(de)計(ji)算(suan)機落后(hou)，大(da)部分計(ji)算(suan)和(he)數據(ju)判讀需要人工完成。當時已50多歲的(de)原班(ban)(ban)組長(chang)王(wang)南華(hua)帶領十幾(ji)個組員(yuan)啃硬骨頭(tou)，搞(gao)設計(ji)、做計(ji)算(suan)、做測試，已經(jing)到了癡迷(mi)的(de)程(cheng)度。他們曾經(jing)半(ban)年時間吃住在單位，即(ji)便后(hou)來到了發射場，還在編寫控制軟件(jian)，心中的(de)壓力(li)如(ru)巨石(shi)一般沉重。
終于(yu)，在繼承我(wo)國(guo)返回(hui)式衛星控制(zhi)系(xi)統成(cheng)熟技術的(de)基礎上，班組(zu)參(can)與研(yan)制(zhi)出我(wo)國(guo)第一個具有(you)制(zhi)導(dao)、導(dao)航和(he)(he)控制(zhi)全部功(gong)能(neng)的(de)GNC系(xi)統，并且解決(jue)了系(xi)統的(de)故(gu)障自主診(zhen)斷和(he)(he)系(xi)統的(de)自動重構(gou)等(deng)問題。
此外，本著對航天(tian)(tian)員安全負責的(de)態度，飛船工程(cheng)組還在GNC系統中設計了相對獨(du)立、滿足人體工效學、可(ke)由航天(tian)(tian)員啟動和操作的(de)手動控(kong)制系統。
事實上(shang)，從神(shen)舟(zhou)一號(hao)飛船到(dao)神(shen)舟(zhou)五(wu)號(hao)飛船，GNC控制精度不斷提高。當神(shen)舟(zhou)五(wu)號(hao)飛船成(cheng)功(gong)落地后，指(zhi)揮部領導向中(zhong)央匯(hui)報說(shuo)，神(shen)舟(zhou)五(wu)號(hao)飛船“打靶”中(zhong)了十環。
其實(shi)，這(zhe)比(bi)中了十環要難(nan)得(de)多(duo)。除了電視上呈現(xian)的(de)完美(mei)軌跡，班組在(zai)姿態確(que)(que)定與返回(hui)再入(ru)控制(zhi)技(ji)術(shu)上還采用了多(duo)項新技(ji)術(shu)，如返回(hui)再入(ru)自適應制(zhi)導技(ji)術(shu)等(deng)，保證了飛船具備多(duo)種條件(jian)下(xia)安全(quan)準(zhun)確(que)(que)返回(hui)的(de)能力，并開發(fa)出(chu)全(quan)面的(de)地面驗證系統。
從有到強 超強大腦操控“萬里穿針”
2011年(nian)11月3日，天(tian)宮一(yi)號和神舟八(ba)號上使(shi)用(yong)的光學(xue)成(cheng)像敏感(gan)器上演了首次“太空之吻”，性能指標達(da)到世界前列，對接精(jing)度比設計要求高近10倍，標志著我國首次掌(zhang)握(wo)了空間交(jiao)會對接GNC技術。
那一刻，北京航天飛行控制中(zhong)心的飛船工(gong)(gong)程組團隊激(ji)動(dong)地抱在了一起。“起初心里沒底，當看到交會對接精(jing)度時，非常激(ji)動(dong)，五六年的辛苦付出值了，后續(xu)工(gong)(gong)作的信(xin)心更足了。”盡管(guan)2005博士畢業(ye)后就來(lai)到了502所，但神舟(zhou)(zhou)八號是劉宗玉(yu)完整跟下來(lai)的第一個神舟(zhou)(zhou)型(xing)號。如今再(zai)回憶過往，他依然十分激(ji)動(dong)。
倘(tang)若說返(fan)回控制技(ji)術是神舟飛船第(di)一(yi)代GNC系統(tong)的(de)重(zhong)大突破，那(nei)么交會對接(jie)技(ji)術當屬第(di)二代GNC系統(tong)的(de)主(zhu)要突破——同樣是在(zai)一(yi)張(zhang)白紙上作(zuo)圖，不同的(de)是，隨著現代信息(xi)技(ji)術的(de)發展，他們有(you)了快速仿真(zhen)技(ji)術、虛擬測試平臺的(de)支(zhi)持。
“通過(guo)(guo)仿真設計，提出(chu)指標和要(yao)求(qiu)，形成任(ren)務(wu)書(shu)，然后把任(ren)務(wu)書(shu)變(bian)成一個(ge)個(ge)產品(pin)，通過(guo)(guo)充分細致的測試(shi)、試(shi)驗驗證使(shi)設計‘迭(die)代’。”班(ban)組成員郝慧如(ru)此描述他(ta)們(men)的工作。
在(zai)神舟八號GNC分(fen)系統研制中，交會對(dui)接(jie)敏(min)感(gan)器(qi)是最(zui)關鍵也是最(zui)難啃(ken)的硬骨頭，而(er)其中又以光(guang)學成像敏(min)感(gan)器(qi)、激光(guang)雷達(da)、微波雷達(da)的研制最(zui)為艱辛。為了(le)在(zai)地(di)(di)面驗證交會對(dui)接(jie)敏(min)感(gan)器(qi)的性能(neng)，2007年~2011年，飛船工程組專門模擬交會對(dui)接(jie)軌跡和環境，先(xian)后(hou)奔赴全國多地(di)(di)開展了(le)性能(neng)試驗。
據副組長馮燁回憶，西(xi)北的冬天特別冷(leng)，白(bai)天他們(men)冒著嚴寒測試(shi)(shi)，晚上(shang)就幾個人擠在(zai)帳(zhang)篷(peng)里互相取暖。在(zai)直升機掛飛試(shi)(shi)驗中，他們(men)更是只能坐在(zai)夾板上(shang)判讀測試(shi)(shi)數(shu)據，顛簸得頭暈惡心。“我記得，在(zai)沙漠里做(zuo)試(shi)(shi)驗時，氣(qi)溫達(da)到40攝(she)氏度，大巴車里開著空調，可溫度始終降不下來。”組員劉(liu)增波(bo)說(shuo)。
此(ci)外，為(wei)了實(shi)現對(dui)飛行器(qi)的(de)閉環控(kong)制(zhi)，飛船(chuan)工(gong)程組利(li)用現代(dai)信息(xi)手(shou)段，設計了交會(hui)(hui)對(dui)接敏感器(qi)模擬器(qi)，并研制(zhi)了一套交會(hui)(hui)對(dui)接地(di)面測試(shi)系統(tong)。也(ye)正是因為(wei)這(zhe)些(xie)嚴絲(si)合(he)縫(feng)的(de)試(shi)驗與測試(shi)驗證(zheng)，才(cai)有了神舟八號和天(tian)宮一號的(de)“萬里穿針(zhen)”。
2013年，神舟十號和天(tian)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)對接方向“親吻”，并首次全(quan)(quan)面(mian)驗證了(le)(le)人(ren)控系統的高可靠(kao)性。據組員李志宇介(jie)紹，他(ta)們(men)設計了(le)(le)一整套模(mo)擬(ni)(ni)座艙(cang)系統，并升級(ji)了(le)(le)計算機平臺。航(hang)天(tian)員在(zai)這里(li)可以真實(shi)模(mo)擬(ni)(ni)太空(kong)手控操作，他(ta)們(men)親切地(di)稱(cheng)這些全(quan)(quan)心全(quan)(quan)意(yi)為(wei)其安全(quan)(quan)考慮(lv)的航(hang)天(tian)人(ren)為(wei)老師。
“每(mei)一次過(guo)來模擬操作(zuo)，航(hang)天員都非(fei)常認真，有時還會要求操作(zuo)多遍(bian)。”李志宇說。
從神舟到天舟首次實現全自動繞飛
作為我國首艘貨(huo)運(yun)飛(fei)船，天舟一號(hao)目前(qian)已經經歷了與天宮二號(hao)的兩次交會(hui)對接。第一次交會(hui)對接驗(yan)證(zheng)了貨(huo)運(yun)飛(fei)船在(zai)陽照條(tiao)件下的交會(hui)對接能(neng)力，第二次交會(hui)對接前(qian)進行(xing)了繞飛(fei)。與之前(qian)神(shen)舟十一號(hao)的繞飛(fei)不同，此次貨(huo)運(yun)飛(fei)船繞飛(fei)是(shi)一次全自動繞飛(fei)：GNC系統的計算機接到繞飛(fei)指令后自主規劃出(chu)最優繞飛(fei)軌跡，自主進行(xing)變軌控制，不需要地(di)面人員的干預(yu)。
其實早在(zai)2012年(nian)，當人們(men)還沉浸于交會對接任務圓滿成功的喜悅中時，飛(fei)(fei)船(chuan)工(gong)程組就瞄準了(le)(le)(le)貨運飛(fei)(fei)船(chuan)的各項新(xin)技術(shu)研究。在(zai)天(tian)舟一(yi)(yi)號(hao)GNC系統(tong)正樣硬件和軟件產(chan)品研制已(yi)經完成，開始出廠(chang)前的最(zui)后(hou)測試時，有專家(jia)試探(tan)性地(di)提出能否在(zai)天(tian)舟一(yi)(yi)號(hao)上(shang)使用一(yi)(yi)些新(xin)技術(shu)，飛(fei)(fei)船(chuan)工(gong)程組興奮地(di)答應(ying)了(le)(le)(le)。他(ta)們(men)著實為(wei)自己的先(xian)見之明高興了(le)(le)(le)一(yi)(yi)番。
飛船工(gong)程組需(xu)要在不打亂(luan)既定研發計(ji)劃的(de)(de)(de)基礎上(shang)，用最短的(de)(de)(de)時間、做最少的(de)(de)(de)改動來滿(man)足新任務(wu)要求。為此，他們1年內(nei)升級(ji)了(le)多個軟件版本，并(bing)對高精度、高可(ke)靠(kao)、符合工(gong)程約束的(de)(de)(de)GNC系(xi)統(tong)方案進行(xing)了(le)全方位驗證。
與神(shen)舟飛(fei)(fei)船不同，天舟一號貨運飛(fei)(fei)船是全新的(de)(de)結構。據(ju)負責貨運飛(fei)(fei)船GNC分(fen)系統測試(shi)(shi)的(de)(de)組員(yuan)李明明介紹，整(zheng)船在(zai)初樣(yang)測試(shi)(shi)和正樣(yang)測試(shi)(shi)的(de)(de)基礎上，增(zeng)加了鑒(jian)定飛(fei)(fei)船測試(shi)(shi)。所以，測試(shi)(shi)戰線更長、難度更大。
“尤(you)其是(shi)初樣測(ce)試，是(shi)一個痛苦(ku)的迭代過程。從2012年8月(yue)至2014年5月(yue)，我們(men)大都是(shi)晚上九十(shi)點下班(ban)，在(zai)測(ce)試中發現的問題以(yi)及認為設(she)計上需(xu)要改進的地(di)方有近200項。”李明明自豪地(di)說。
2015年初，飛船(chuan)進(jin)行(xing)了近兩個月(yue)的模(mo)擬飛行(xing)測試。為了保證(zheng)模(mo)飛測試順(shun)利進(jin)行(xing)，每次(ci)模(mo)飛測試前(qian)一天(tian)，副組長(chang)馮燁都會帶領劉增波(bo)、王(wang)瀛、于欣(xin)欣(xin)、胡宇桑進(jin)行(xing)一次(ci)等(deng)時(shi)長(chang)的系(xi)統(tong)測試。
當時恰逢春節，年(nian)初七要進行模飛測試(shi)，他(ta)們就(jiu)初六到位進行系統測試(shi)。后方班組成員更是時刻準備增援前(qian)方、前(qian)后聯動。他(ta)們“每(mei)個(ge)人心中都有一根(gen)關于‘細致(zhi)’的‘弦’”。
例如，加電測試階段，他們負(fu)責的數(shu)(shu)(shu)據參數(shu)(shu)(shu)表有(you)600多頁(ye)，需要關注的參數(shu)(shu)(shu)有(you)3000多個。“每個參數(shu)(shu)(shu)的變化都有(you)可能(neng)反映(ying)系統的特征表現，即便暫時沒有(you)表現出(chu)問(wen)題也要找出(chu)原(yuan)因，防止一切可能(neng)出(chu)現的問(wen)題。”組員(yuan)高偉告(gao)訴記(ji)者。
正是研制人員時刻緊繃(beng)“細(xi)致(zhi)”這(zhe)根“弦(xian)”，才造(zao)就了飛船工程組不敗的戰績。
“第(di)一次交會(hui)對接時，我(wo)捏了一把冷汗，在(zai)成功那一剎那，整個北京(jing)航天飛行控(kong)制(zhi)中心(xin)的(de)樓宇(yu)響起(qi)震耳掌聲，我(wo)認為這是對我(wo)們的(de)肯定。”李明明說(shuo)。
新老搭配 “雁陣”結構打造最強梯隊
在(zai)(zai)飛船工程組(zu)，光學類、機電(dian)類、電(dian)子(zi)類等產(chan)品研(yan)制人員，軟件(jian)開發人員等就如(ru)同七(qi)巧板，任(ren)何一(yi)塊都不能缺。如(ru)何讓這些人才發揮出1+1＞2的效果，將型號研(yan)制與人才梯隊建設(she)有機融合，是幾代班組(zu)長一(yi)直在(zai)(zai)思考的問(wen)題。
自(zi)然界(jie)中，“人”型雁陣是大雁飛得最(zui)快(kuai)最(zui)省(sheng)力(li)的構型，雁陣飛行速度是單只大雁的1.71倍。飛船工(gong)程組借(jie)鑒這一理念(nian)，創建“雁陣”人才培育模式。
早期(qi)，面對交會(hui)對接(jie)任(ren)務技術(shu)難度大(da)、新研設備多、研制周期(qi)短等諸多難題，班(ban)組(zu)“雁(yan)(yan)陣”體系以“正、副組(zu)長(chang)為領頭(tou)雁(yan)(yan)、技術(shu)平臺負(fu)責(ze)人為中堅雁(yan)(yan)、組(zu)員為前行雁(yan)(yan)”，細化“雁(yan)(yan)陣”中每個成(cheng)員的(de)具體職責(ze)，形成(cheng)了(le)良好的(de)班(ban)組(zu)發(fa)展氛圍。
第一任(ren)“領(ling)頭(tou)雁”王(wang)南華是(shi)將(jiang)“嚴慎細實(shi)”作(zuo)風(feng)詮釋(shi)到(dao)極(ji)致(zhi)的(de)人(ren)。她習慣(guan)隨(sui)身攜(xie)帶筆記本，把問題和要點隨(sui)時記錄(lu)在冊。對于每一個設計接口，她都堅持測試到(dao)位、眼見為實(shi)。“搞(gao)航天走的(de)是(shi)一條攀登路(lu)，任(ren)務重，風(feng)險大，只(zhi)能盡一切可(ke)能做好！”王(wang)南華說(shuo)。她這種嚴慎細實(shi)的(de)作(zuo)風(feng)被“雁子們”很好地傳承了下來。
這么(me)多(duo)年來，班組(zu)的(de)工作(zuo)狀態從(cong)十幾(ji)個人干一艘飛(fei)船(chuan)變(bian)成了十幾(ji)個人干幾(ji)艘飛(fei)船(chuan)，班組(zu)長也經歷了四代，但刻苦鉆研、小心求(qiu)證的(de)精神始終(zhong)不(bu)變(bian)。
“嚴慎細實(shi)說起來簡單，做起來難。載人飛(fei)船幾十件產品(pin)，每一個(ge)(ge)敏感器在什(shen)么階(jie)段可能出現什(shen)么故(gu)障，出故(gu)障后采取什(shen)么對策……我們需要(yao)想到(dao)(dao)幾百(bai)個(ge)(ge)預案。不僅(jin)要(yao)想到(dao)(dao)，還要(yao)驗證(zheng)、測試到(dao)(dao)。”劉(liu)宗玉說。因為(wei)(wei)對待工作較(jiao)真，所有測試數(shu)據必須要(yao)眼見為(wei)(wei)實(shi)，他(ta)被同事們稱之為(wei)(wei)“軸人”。
近年來，型號任(ren)(ren)務(wu)呈井噴(pen)式發(fa)展，立足科(ke)研生(sheng)產(chan)任(ren)(ren)務(wu)“多(duo)型號并舉，多(duo)專(zhuan)業并存”的特點(dian)，班(ban)組衍生(sheng)出“微(wei)雁(yan)陣”。“微(wei)雁(yan)陣”成(cheng)員(yuan)呈動(dong)態化(hua)模式，根(gen)據型號各研制階(jie)段(duan)的任(ren)(ren)務(wu)不同，“領頭雁(yan)”由多(duo)位技術骨(gu)干更(geng)替輪換擔任(ren)(ren)，“前行雁(yan)”呈交(jiao)替式動(dong)態“位移(yi)”，在(zai)型號研制各階(jie)段(duan)負(fu)責不同的工作。
“從生(sheng)物學角度(du)考慮(lv)，大雁在飛的過程中是會(hui)交替換位的，以達到省力的效果。”馮燁介紹說，“我(wo)們(men)(men)把(ba)不同(tong)的飛船型(xing)號(hao)作(zuo)(zuo)為(wei)不同(tong)的平(ping)臺(tai)(tai)，每個平(ping)臺(tai)(tai)有一個成(cheng)熟的技(ji)術骨(gu)干擔任負責人，帶領幾名技(ji)術人員(yuan)開(kai)展設計或測試工作(zuo)(zuo)。當這幾個人逐漸成(cheng)熟后，再(zai)把(ba)他們(men)(men)分(fen)到其(qi)他平(ping)臺(tai)(tai)的不同(tong)位置上去(qu)。”
這種(zhong)新老搭配、交替換位的(de)模式，不僅(jin)提高了工作效率，也加速了人才成(cheng)長。例如(ru)，在馮燁帶領的(de)天舟一號(hao)測(ce)試(shi)團隊中，于(yu)欣(xin)欣(xin)曾參與(yu)(yu)神舟八號(hao)測(ce)試(shi)，王(wang)瀛曾參與(yu)(yu)神舟九號(hao)測(ce)試(shi)，李明(ming)(ming)明(ming)(ming)和胡宇桑(sang)從未(wei)參與(yu)(yu)過測(ce)試(shi)工作。在上(shang)百次測(ce)試(shi)的(de)錘(chui)煉中，本就(jiu)理論功底深厚的(de)李明(ming)(ming)明(ming)(ming)博(bo)士如(ru)今已是(shi)獨(du)當一面的(de)中堅力量。
近年來，飛船(chuan)工程組積(ji)極承擔預先研究工作，涌現出一(yi)大批(pi)“跨(kua)(kua)型(xing)號”“跨(kua)(kua)領(ling)域”的(de)新(xin)型(xing)專業人(ren)才。他們承擔起(qi)快速(su)仿真驗證、數字化設(she)計等方面工作，涉及多(duo)個“微雁陣”系統，是新(xin)型(xing)“跨(kua)(kua)界雁”人(ren)才，具備多(duo)項專業新(xin)技術。
如今(jin)，在劉宗玉(yu)的(de)帶領下，幾個“微雁陣”正在新一代載人飛船GNC系(xi)統(tong)研(yan)制(zhi)道路(lu)上振翅(chi)飛翔，續寫(xie)“船”奇。