第A04版:那年,我们正青春

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2018年12月06日 星期四

 
 

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这些年,经过无数次的失败和成功,度过无数个不眠夜,给中国航天交出了完美答卷

上海航天人用青春和热血 将最好的年华奉献给“神舟”

青年报记者 郭颖

从上世纪70年代中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”,到家喻户晓的“神舟”升空,再到“天宫”与“神舟”成功对接……改革开放四十年,是中国航天科技事业取得辉煌成就的四十年,上海航天人更是为中国载人航天工程画上了浓重的一笔。张崇峰、王娜就是用青春和热血,将最好的年华奉献给了“神舟”的上海航天人。

青年报记者 郭颖

对接机构研制团队刚成立时仅有7人

杨利伟、费俊龙、景海鹏、聂海胜、刘洋、王亚平……全世界都记住了这些光芒万丈的中国航天员。然而,有谁知道,中国载人航天工程背后,有一群埋头苦干的航天人,正是他们默默耕耘数十载,才有了“神舟”系列飞天的荣光。

回到1992年9月。中央决策实施载人航天工程并确定了我国载人航天“三步走”的发展战略:第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程并开展空间应用实验;第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的短期有人照料的空间应用问题;第三步,建造空间站,解决有较大规模的长期有人照料的空间应用问题。而对接机构技术是实现工程第二步要突破的核心关键技术之一,也是世界公认的难点。

1995年初,上海航天805所刚成立对接机构研制队伍时,这个团队仅有7人。中国载人航天工程载人飞船、空间实验室系统副总设计师张崇峰博士就是当年7人团队中的开创者之一。属猴的张崇峰之前是哈工大一名年轻的导师。

“当时载人航天工程曾让一院、五院、八院都提供方案,最后采纳了上海航天,也就是我们八院的方案,八院方案的特点就是飞船有轨道舱,有航天员生活的地方。最终,根据实际操作情况,北京五院负责总装,上海八院承担了对接机构、电源、推进舱等几个分系统。”被交会对接任务的巨大挑战所吸引,张崇峰从遥远的哈尔滨来到了上海,来到了805所。“有人觉得,在大学里当老师也蛮好,上上课做做课题,但我认为,加入航天更能报效祖国。”

上世纪90年代初,对接技术只有俄罗斯和美国掌握,其他的国家或者航天组织对这项技术始终望而生畏,难以突破。当时俄罗斯方面开出的条件,让中国航天人难以接受。而中国要建立自己的空间站,空间交会对接技术是必须突破和掌握的。并且用于空间站交会对接的对接机构不仅是一套两套,今后中国载人航天建立空间站,进行各个航天器之间的交会对接、完成天地往返运输任务等较为频繁,对接机构的用量也较多,而关键部件和关键技术一旦掌握在别人手里,失去了自主权,对于中国载人航天事业的进一步发展十分不利。于是,中国航天人下决心走自力更生、自主创新的道路!

做出世界上水平最高的对接机构地面试验设备

“接单”的正是上海航天人,正是张崇峰这些年轻的上海航天人。

“当时西方发达国家对我们进行技术封锁,我们只能充分研究国外成果以及发展趋势,材料都不够充分,收集资料都要收集好久。”张崇峰说,为了达到、接近国际先进水平,他们做的方案相当细致,一开始便提出了采用跨越式发展的思路——研制能与国际空间站相匹配的异体同构周边式对接机构,保证人货通行方便。异体同构周边式对接机构适应性高、承载能力强,但与此相应的是重量大、对接初始条件要求严格、构造复杂。为了将这个方案论证清楚,整个团队,收集和查阅了所有能找到的相关资料,在字里行间筛选点点滴滴可用的信息,翻译俄罗斯对接机构的相关书籍。收集到的各类资料装满了整整10个大箱子,仅论证报告的撰写就用了3个多月时间。艰辛付出没有白费,通过一轮轮的评审和质询,国家最终采纳了团队提出的方案,上海航天人迈出了对接机构研制决定性的一步。

张崇峰回忆道,从图纸到小型样机到部分样机到建模仿真,神舟八号之前,光是地面上的对接实验就做了1000多次。

如何模拟太空微重力环境下的对接过程成为摆在大家面前的第一道难关。俄罗斯采用的是“吊挂”方案,即把两个飞行器吊起来,利用钟摆的原理来模拟初始对接过程,但这种方案在稳定性上有很大的局限性。刚开始,团队尝试用滑车方案,但是摩擦力太大,无法模拟飞行器在太空中的环境特性。后来一名设计师建设性地提出气浮平台的方案。但这个方案的关键是需要建立两个平整度高和稳定性好的平台,整个平台在任何情况下平面高低起伏不能超过千分之三毫米,也就是1/20根头发丝的直径。

通过查询各种资料,发现只有泰山花岗岩才能满足上述要求。于是,设计师亲赴泰山石矿区,仔细考察了一个多月,终于开采到了两块70多吨重的大石头,又用5个多月的时间加工成两个20吨重的精细平台。在这个平台上,两个8吨重的飞船模型只要用手指轻轻一点就可移动,而且还可以根据实验需要设置各种初始对接条件。后来,俄罗斯专家参观后,也不禁赞叹:“这是当今世界上水平最高的对接机构地面试验设备。”

静谧太空上演属于中国的“天神拥吻”盛景

“1999年神舟一号低调升空,2003年中国首位航天员杨利伟搭载中国首艘载人航天飞行器神舟五号飞天……根据工程研制计划,神舟飞船试好了,航天员回到地面,下一步就是天宫与神舟对接。本来以为对接机构只要等六七年就能飞天,没想到一等就等到了2011年。”张崇峰笑着告诉青年报记者,当时看到别的组忙着发射,航天上天是很热闹的,而对接机构一时上不了天,始终在地面默默待命,大家确实觉得“挺寂寞”。

到了上世纪90年代末的时候,对接机构团队已经“扩张”到了六七十人,团队成员大多是来自五湖四海的优秀大学毕业生。“2000年左右的时候,三菱、通用这些外企来了,那边的收入是我们的10倍,这对年轻的航天人来说,是很大的冲击。这期间,有不少人,因为不甘寂寞,跳槽了,但还是不断有人前赴后继地进入航天。”对此,张崇峰认为,“人各有志”,留下来的,都是有情怀的航天人。

张崇峰举例说,对接机构团队里有一位名叫柏合民的研制人员。2000年9月,对接机构项目正是需要进一步深入攻关的关键时刻,刚博士毕业的他便加入了对接机构研制队伍。在研制初期,他找来各种各样的机构方面的书籍,认真揣摩,反复研究。到了2007年,经过前期的积累和总结,他对机构的把握已经到了一个常人无法理解的高度:机构的实物,只要让他看一眼,他就知道工作原理。柏合民随身提包里永远备着简单的出差物品,可以说不是在出差的路上,就是在随时准备出差的过程中。

2011年11月3日凌晨1时29分,经历近43小时飞行和5次变轨的神舟八号飞船与等待已久的天宫一号成功对接,在静谧太空中上演了一场属于中国的“天神拥吻”盛景,这标志着我国成为世界上第三个独立掌握交会对接技术的国家,并达到世界领先水平。上海航天人历经16年艰辛努力,给中国航天事业交出了完美答卷。

“没人认为我们会一次成功,因为国外也经历了很多挫折和坎坷。当时,领导跟我们说,只要靠近就算成功。”对接的那个过程,永远定格在张崇峰的眼前:“那是对我们多年努力的检验,我们去了北京飞控中心现场,大家既紧张又兴奋,我们在前排看数据,身后坐着包括中国工程院院士、神舟号飞船首任总设计师戚发韧在内的一些老专家。”

张崇峰他们在屏幕上观察着飞船的每个动作,飞控中心同时在报飞船的状态:“对接,接触,捕获,拉近……”天宫一号和神舟八号每完成一个动作,全场便掌声雷动。“拉近需要3分钟,当时就有人提醒,是不是要解释一下,否则时间太长了,大家会以为出了问题。”张崇峰笑言。凌晨1时29分时,飞行控制指挥宣布:“对接完成!”那一刻,被载入中国航天史册,也写进了张崇峰的心中。

电源从镉镍电池氢镍电池正式迈向“锂电时代”

2000年,王娜来到811所时,还是个刚从南京理工大学毕业的女大学生。如今,40岁的她已是电源主任设计师、一个13岁孩子的妈妈。

对于载人飞船来说,电源分系统如同人体的心脏和血液一般重要,需要为其源源不断地提供电能,它的工作稳定与否直接关系到航天器所有设备的运行,也是航天员最重要的生命保障。811所自1992年起开始承担神舟飞船电源分系统的论证任务,在26年的研制过程中,电源分系统三代设计人员突破重重险阻,以全部的心血为神舟一号至十一号飞船、天宫一号和天宫二号目标飞行器以及天舟一号飞船铸就了持续健康稳定的电能,从而确保了每一次飞行任务的成功。

2002年,神舟三号发射时,作为新人的王娜第一次走进酒泉卫星发射中心。在那里,她再次被发射现场所震撼,并且由衷地感受到了压力。“航天是非常严谨的,以前在学校里,没有这种感觉,航天的工作流程是一丝不苟的,不到发射时,压力没有这么大。”

之后的每一个“神舟”系列,王娜几乎都参与了,唯独缺席了2005年的神舟六号,因为那一年,她在家生宝宝。

在811所,王娜是承上启下般的存在。

811所自1992年起开始承担神舟飞船电源分系统的论证任务。飞船电源分系统需要采用多种电源同时向3个舱段供电,工作模式多,是当时国内最为复杂、庞大的电源系统。系统研制起步时仅有6人,其中4人还是刚毕业的大学生。凭着“人生能有几回搏”的豪气和从事载人航天事业的光荣感,电源分系统于1994年4月在飞船各系统中首批通过方案评审,并成为飞船第一个转入初样研制的分系统。

1997年11月,为了尽快使载人飞船升空,工程领导决定用初样电性船改造为试验飞船,进行“飞船返回技术试验”和“参试系统试验”,从而实现“上得去”“回得来”的目标。为此,工程领导专程到上海进行调研,正是电源分系统和推进分系统坚定有力的回答,为工程领导决策试验飞船提供了关键性的支持。

2003年10月15日,神舟五号在酒泉发射升空,太阳帆板已展开的那一刻,电源人10多年的梦想终在此刻实现。接下来的4年里,神舟六号和七号的发射成功标志着电源分系统在不同类型的电源并网、扩大发射窗口、故障模拟仿真、可靠性安全性设计等领域达到了国内空间电源领域的最高水平。

王娜说,这些年,在技术上的压力逐渐加大。“在天宫一号之前,神舟六号上的航天员为了节省电能,在天上吃的是冷饭冷菜。为了给航天员提供一个舒适的工作生活环境,必须在天宫一号的供电模式上实现重大突破。”

2007年,随着载人航天工程二期任务的全面开展,电源分系统进行了专业整合,811所迎来了新的发展契机。在总装、集团和八院的大力支持下,电源分系统历经近10年的拼搏,终于攻克了神舟八号三机组并网技术和天宫一号低轨高压电源系统技术两项技术难题,而其中天宫一号的低轨高压电源系统技术更是一个世界性的工程难题,它的攻克标志着中国成为继美国之后第二个掌握该项技术的国家。

2016年10月,作为拥有当今组成最复杂、电源种类最多的型号,神舟十一号载人飞船电源分系统攻克难点,使得神舟十一号的太阳电池翼在元器件上达到了90%以上国产化,成为目前国内所有卫星型号中国产化最彻底的型号。

2017年4月,随着天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室顺利完成自动交会对接,载人航天工程进入第三阶段。电源分系统首次使用低轨高压锂电,中国载人航天电源在经历了镉镍电池时代、氢镍电池时代,正式迈向“锂电时代”

王娜坦言,当年毕业就业时,虽然不知道航天的影响力,但小时候看过科幻电影,“阿波罗号”深入脑海,对太空这一不可及的领域还是充满了向往。眼下,虽然有不少同学进了外企,拿着高薪,但王娜说自己不喜欢比对,对于事业,不能仅仅把收入作为考量因素,更要有成就感,“感觉自己被国家和社会所需要。”

“这些年来,上海航天的任务量越来越大,除了载人、货运飞船、火箭,卫星任务也多了,以前一年一发,现在一年几十发。811所以前300多人,现在1000多人,‘80后’开始挑大梁。原来我们只有一间弄堂小厂房,如今盖起了21层高楼,研究、实验条件都比以往好了很多。”王娜如是说。

[背景]

中国载人航天工程大事记

1999年11月20日,神舟一号飞船在酒泉卫星发射中心载人航天发射场,由长征二号F运载火箭发射入轨。11月21日,神舟一号飞船返回舱成功着陆在内蒙古四子王旗预定区域。

2003年10月15日,航天员杨利伟搭乘神舟五号飞船由长征二号F运载火箭发射入轨;在轨飞行21小时,于10月16日安全返回。此次任务的圆满成功,标志着我国成为世界上第三个独立掌握载人航天技术的国家,是中国航天史上的里程碑事件。

2005年10月12日,费俊龙、聂海胜两名航天员搭乘神舟六号飞船由长征二号F运载火箭发射入轨;10月16日,神舟六号飞船返回舱安全返回。此次任务突破和掌握了载人飞船“多人多天”在轨飞行关键技术。

2008年9月25日,翟志刚、刘伯明、景海鹏3名航天员搭乘神舟七号飞船由长征二号F运载火箭发射入轨;9月27日,航天员翟志刚成功实施我国首次空间出舱活动。

2011年9月29日和11月1日,天宫一号目标飞行器和神舟八号飞船分别在酒泉卫星发射中心,由改进型长征二号F运载火箭成功发射。11月3日和11月14日,天宫一号目标飞行器和神舟八号飞船先后成功进行了两次空间交会对接试验。此后,2012年6月,神舟九号航天员乘组刘旺在景海鹏、刘洋的密切配合下,手动操控神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器成功对接。至此,中国载人航天全面突破和掌握空间交会对接技术。

2012年6月16日,景海鹏、刘旺、刘洋(女)搭乘神舟九号飞船由长征二号F运载火箭发射入轨,执行天宫一号/神舟九号载人飞行任务,6月29日,神舟九号飞船返回舱安全返回,3名航天员安全出舱。此次任务,不仅顺利完成了手控交会对接任务等既定目标,同时也使得刘洋(女)成为我国首位进入太空的女航天员,填补了我国女性航天飞行的空白。

2016年9月15日,天宫二号空间实验室正式发射入轨,这是我国第一个真正意义上的空间实验室。天宫二号飞行任务期间先后接受神舟十一号载人飞船和天舟一号货运飞船到访,考核了面向长期飞行的乘员生活、健康和工作保障等相关技术,配合验证了货物补给、推进剂在轨补加技术;开展了航天医学、空间科学实验和空间应用技术,以及在轨维修和空间站技术验证等试验。

2016年11月18日,神舟十一号飞船返回舱顺利降落在内蒙古中部主着陆场,两名航天员景海鹏、陈冬顺利出舱,完成为期33天的飞行任务,标志着天宫二号与神舟十一号载人飞行任务取得圆满成功。2016年10月17日,景海鹏、陈冬搭乘神舟十一号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,之后飞船与天宫二号实现自动交会对接,形成组合体;两名航天员随后顺利进驻天宫二号。

2017年4月20日,我国第一艘货运飞船天舟一号在文昌航天发射场顺利发射入轨。天舟一号是为我国载人空间站工程全新研制的货运飞船,此次任务也是天舟货运飞船与长征七号运载火箭组成的空间站货物运输系统的首次亮相。至此,中国载人航天工程空间实验室飞行任务圆满收官,正式迎来空间站时代。

 

 

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