将6艘载人飞船、5艘无人飞船和2个空间实验室顺利送入太空;护航11名中国航天员、14人次完成太空之旅——
神舟二十载 问天不停歇(讲述特别报道)
筑梦太空,问鼎九天。长征五号遥三运载火箭成功发射、北斗全球组网进入冲刺期、嫦娥翩然落月背、空间实验室完成服役返回……过去一年多,我国航天事业发展步履铿锵、硕果累累。1999年11月20日清晨,神舟一号飞船发射,我国载人航天大幕徐徐开启。转眼20年,作为我国载人航天器研制设计工作的主力军,神舟团队书写了一项又一项骄人成绩:将6艘载人飞船、5艘无人飞船和2个空间实验室顺利送入太空;护航11名中国航天员、14人次完成太空之旅,最长在轨时间达30天;实现太空出舱、交会对接、太空授课……而这支优秀的团队,平均年龄仅有33岁,他们将自己的热血青春与祖国发展同频共振,时刻以冲锋的姿态,托举起中华民族的载人航天梦。
——编 者
岁末年初,中国航天科技集团五院载人航天总体部的大楼里,神舟团队的科研工作者们步履匆匆。
去年7月,天宫二号空间实验室完成任务、顺利返回,神舟团队又立刻投入到下一项研发任务中。20多年来,神舟团队将6艘载人飞船、2个空间实验室成功送入太空;护航多位航天员完成太空之旅;完成太空出舱、交会对接、组合体飞行等任务……这张骄人的成绩单背后,是科研团队长达几十年的科研攻关。
向未知领域,探路!
“关键核心技术是买不来的”
“每一点航天领域的科技进步,都是人类向着浩渺星空迈进了一步”,年过八旬的陈祖贵老先生,向记者讲起了我国载人航天事业的发展历程,往事犹如卷起的画卷,徐徐展开……
“圜则九重,孰营度之?惟兹何功,孰初作之?”这首诗描写了中国人探索宇宙的梦想,从那个时候开始,飞天梦就深埋在了中华民族的血脉里。
1999年,发生了三件大事:新中国成立50周年、澳门归回、神舟飞天。一时间,人们探索宇宙的热情被再次点燃。“‘神一’的意义,我认为比‘神五’更大。”回首过往,神舟号飞船首任总设计师戚发轫院士颇有感触,他说,在神舟五号飞船载着航天员杨利伟安全返航的时候,他却想去看看“神一”回收的地方。
“那是在多么艰难的条件下干出来的事业!”戚院士说。在上世纪六七十年代,我国就有了第一代返回式卫星——“曙光一号”的研制计划。“受制于计算机技术水平,直到上世纪80年代,我国载人航天事业仍进展不大。我们想自主研发星载计算机芯片,推动载人航天事业快速发展,经过不懈努力,终于成功了。”陈祖贵说。
硬件做了出来,软件编写成了难题。在一次星—地对接仿真实验中,团队发现卫星姿态数据明显异常。“当时没有相关软件,很难定位问题源,团队压力特别大。”队员们没日没夜工作在实验室里,累了就趴在桌子上休息一会,饿了就随便吃一点。经过反复排查,最终发现不是软件问题,而是芯片上的一个存储单元坏了。
就是在这种艰苦条件下,陈老带领团队先后攻克了计算机控制卫星姿态的控制系统研制,掌握了卫星全姿态捕获技术、卫星应急控制器技术等。后来在神舟科研攻关期间,他们还成功研制出我国载人飞船GNC系统,并成功应用于9艘神舟飞船。
1992年,我国载人航天工程正式启动。“那时候,没有实验场地和设备,可谓困难重重。”戚院士说,只有把地面试验做充分,才能确保成功,这就要求必须建立完善的科研基地。
“飞船研制要用到哪些设备,这些设备如何研制?这个挑战一点也不比研制飞船本身小。”戚院士说,那时候,航天五院边设计、边出图、边建设,在北京建成了采用AIT一体化设计思想建成的总装厂房、亚洲最大的真空罐和电磁兼容实验室以及振动台……
载人航天总体部总设计师杨宏觉得自己是个“幸运儿”,一参加工作就赶上“神舟”立项。“起步阶段,我们对整个载人航天系统的认知都不到位。”他记得自己曾经在一次地面检测中,“烧”坏过4台设备。“因为电路设计、电源器件的研制,都需要在实验中一点点摸索。”
早期研发阶段,团队也曾向国际同行寻求帮助。“但关键核心技术是买不来的。”陈祖贵回忆,很多所谓的“核心”技术,只不过是从公开发表的文章里抄下来的。
团队没有气馁。“就拿海上回收来说,5200公里的海域,我们没有依托于航母的海上救生技术,海上回收成了巨大的难题。”杨宏说,为此,团队研发了海上定点回收技术,确保海上迫降后航天员能顺利上岸。
“为了研发海上定点回收技术,我们不知编写了多少程序、做了多少实验、测试了多少数据。”杨宏感慨。
航天员安全,守护!
“要时刻问自己,敢不敢坐自己研发的飞船”
“5,4,3,2,1,点火!起飞!”这串口令,每一个神舟人都烂熟于心。每个数字代表着不同任务指令,要不假思索、形成惯性动作。“500秒内,发出100多条指令,决不能出现任何差池。”杨宏说。
“航天产品可靠性为0.97,因为要保障人的安全,载人航天的失败率必须控制在3‰以内。两个要求同时满足,故障率必须在三十万分之一以内。换句话说,每天发一次,30年都不能出问题。”对此,戚院士对团队说的最多的一句话就是:“要时刻问自己,敢不敢坐自己研发的飞船?”
要保障安全性,就必须用上所有的可靠性措施。“从起飞到把飞船送到预定轨道,有8种故障救生模式。在飞船入轨之后,还有180多种故障对策。实际上,在大约70万条计算机程序中,30%是应付正常飞行的,70%用于应付故障。”戚院士介绍。
从“神一”发射至今,团队创造了“0失误”和回收“10环打靶”的优异成绩,但“一次成功不代表次次成功,这次成功不代表下次成功。我们时常告诫自己,每一次都必须‘从零开始’。”杨宏告诉记者。
在神舟三号发射前,飞船已经进入靶场时,团队却发现一个电连接器出现障碍。“必须返厂做失效性分析。”杨宏回忆,返厂后发现,电连接器本身有设计缺陷,要重新设计,但同样的元器件在飞船上用了77个,重新设计生产需要三个月。
“坚决不能让有哪怕一丝缺陷的飞船上天!”指挥部当即决定,暂停发射计划,全员撤场。杨宏作为当时的主任设计师,受到了处分,这也成为杨宏职业生涯中最痛的事。
“地面测试就要暴露问题,暴露越多,上天后就越安全。”陈祖贵说,他曾受邀观看航天员训练。在离心机旁,航天员身上压着相当于自身体重4—8倍的载荷,这种训练让他们脸色苍白,表情痛苦。陈老看在眼里,疼在心里。
“那一刻我感觉责任重大,当即向航天员们许下承诺,不仅要让他们安全回来,还要让他们舒舒服服回来!”陈老字字铿锵。经过团队设计,神舟五号飞船返回时,杨利伟实际承受的载荷仅有自身体重的3.2倍,可以用“舒服”来形容。
“我们和航天员的关系犹如‘厨师’和‘顾客’。以前,我们要让航天员‘吃饱’,现在要让航天员‘吃好’,这就需要我们去‘试吃’。”曾任天宫二号总体主任设计师的柏林厚做了个形象的比喻。
2016年10月19日凌晨,神舟十一号与天宫二号完成交会对接,景海鹏、陈冬开启30天太空生活。这次“超长待机”对飞行器宜居设计提出巨大考验。
怎么住得舒服?团队下足了功夫:开发天地一体化多媒体系统,让航天员可以看球赛、听新闻,还能跟家人、战友视频聊天;设计可折叠多功能平台,让航天员就餐和进行科普活动时更方便;研制无线头戴设备,解决有线头戴设备“相互纠缠”问题,让航天员在舱内更自由地与地面对话……
在地面研制时,柏林厚和同事们经常把自己模拟成航天员,进舱实际体验。再根据自身感受和航天员反馈,不断完善舱内人性化设计,比如降噪、废弃物处理等。
引领高技术,突破!
“科研的最终目的是服务生活”
科研人员,都是幕后英雄。每一次成功背后,都是他们默默付出、接续奋斗的结果。
载人飞船系统副总设计师马晓兵习惯称自己为“爱找麻烦的人”。“做事情就要做到极致”,这是航天人坚持的准则,入行15年的马晓兵感触颇深。
2016年的一个深夜,值班人员发现航天员与地面的语音通信系统出了问题。“因为有故障预案,问题得以顺利解决。就是要在地面把‘所有可能出现的问题都考虑到’。”马晓兵回忆说。
对此,团队建立了地面监测防漏洞工作机制,出现问题第一时间解决,并形成“零缺陷、零故障、零疑点”的团队文化。
创新,是团队的另一种文化。
“新一代航天人必须要有创新精神。”马晓兵介绍说,遇到紧急情况时,飞船必须在4个小时内快速返回,否则航天员生命安全就会受到威胁。这就需要有大量的数据支持,在地面研制阶段,这些都需要考虑进去。
比如,在航天器交会对接中,飞船会有多次变轨,轨迹预期经常会有偏差。如何保证数据的实时更新,减少误差的发生,这让马晓兵及其团队犯了难。
“花了3年时间,团队利用神经网络算法,加入自主计算程序,通过提取飞船高度、飞行速度等参数,解决了数据误差问题,为航天员的救生提供了重要的技术保障。”马晓兵告诉记者。
“就拿天宫一号来说,仅用5年时间,就实现了大型壁板技术、控制力矩陀螺仪技术等11项关键核心技术的突破。”杨宏说。
据了解,为了满足太空舱航天员生存需要,确保长期密封舱里的空气环境质量达标,团队严格控制舱内所有金属、非金属材料的使用;为了解决工作设备发热对航天员生存空间的影响,他们采用通风换热方法,利用机器热量保障舱内温度……人性化的设计,多学科多维度的科研探索,让太空舱成了航天员温暖的家。
“科研的最终目的是服务生活。”戚院士说,载人航天工程作为“863计划”的一个重要项目,会带动各个科研领域的进步。“比如,未来空间站建成后,可以开展多个学科实验项目,将对农业、林业、医疗、新材料、环保、生物、新能源技术等领域产生极大的推动作用,这些最终都将改变人们的生活。”杨宏说。
载人航天大事记
1999年11月20日
我国自主研制第一艘无人试验飞船神舟一号成功发射升空
2003年10月15日
杨利伟驾乘神舟五号向太空进发,在绕地球14圈、飞行21小时后启动返回程序,顺利返回
2005年10月12日
费俊龙和聂海胜驾乘神舟六号进入太空,在太空中停留了5天
2008年9月25日
搭载三名航天员的神舟七号成功发射,航天员实现出舱行走
2011年9月29日
中国第一个目标飞行器天宫一号发射升空;随后,神舟八号与天宫一号完成自动交会对接
2013年
神舟十号与天宫一号实现交会对接;航天员们开展了首次实时“太空授课”
2016年
天宫二号发射升空;随后两名航天员通过飞船进入天宫二号,驻留长达30天
2017年4月22日
天舟一号与天宫二号自动交会对接成功,多次向天宫二号补给燃料
预计2022年前后
中国空间站建成
本期统筹:董建勤 张彦春
本版制图:蔡华伟
资料和数据来源:本报及新华社报道
本报记者 刘涓溪 余建斌 吴 凯
