神舟飛天

劉涓溪　余建斌　吳凱

末年初，中國航天科技集團五院載人航天總體部的大樓里，神舟團隊的科研工作者們步履匆匆。

去年7月，天宮二號空間實驗室完成任務(wù)、順利返回，神舟團隊又立刻投入到下一項研發(fā)任務(wù)中。20多年來，神舟團隊將6艘載人飛船、2個空間實驗室成功送入太空;護航多位航天員完成太空之旅;完成太空出艙、交會對接、組合體飛行等任務(wù)……這張驕人的成績單背后，是科研團隊長達幾十年的科研攻關(guān)。

向未知領(lǐng)域，探路！“關(guān)鍵核心技術(shù)是買不來的”

“每一點航天領(lǐng)域的科技進步，都是人類向著浩渺星空邁進了一步?！蹦赀^八旬的陳祖貴老先生，向記者講起了我國載人航天事業(yè)的發(fā)展歷程，往事猶如卷起的畫卷，徐徐展開……

“圜則九重，孰營度之？惟茲何功，孰初作之？”這首詩描寫了中國人探索宇宙的夢想，從那個時候開始，飛天夢就深埋在了中華民族的血脈里。

1999年，發(fā)生了三件大事：新中國成立50周年、澳門歸回、神舟飛天。一時間，人們探索宇宙的熱情被再次點燃?！啊褚坏囊饬x，我認為比‘神五更大?！被厥走^往，神舟號飛船首任總設(shè)計師戚發(fā)軔院士頗有感觸，他說，在神舟五號飛船載著航天員楊利偉安全返航的時候，他卻想去看看“神一”回收的地方。

“那是在多么艱難的條件下干出來的事業(yè)！”戚院士說。在上世紀六七十年代，我國就有了第一代返回式衛(wèi)星——“曙光一號”的研制計劃?！笆苤朴谟嬎銠C技術(shù)水平，直到上世紀80年代，我國載人航天事業(yè)仍進展不大。我們想自主研發(fā)星載計算機芯片，推動載人航天事業(yè)快速發(fā)展，經(jīng)過不懈努力，終于成功了?！标愖尜F說。

硬件做了出來，軟件編寫成了難題。在一次星—地對接仿真實驗中，團隊發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)明顯異常。“當時沒有相關(guān)軟件，很難定位問題源，團隊壓力特別大。”隊員們沒日沒夜工作在實驗室里，累了就趴在桌子上休息一會兒，餓了就隨便吃一點。經(jīng)過反復(fù)排查，最終發(fā)現(xiàn)不是軟件問題，而是芯片上的一個存儲單元壞了。

就是在這種艱苦條件下，陳老帶領(lǐng)團隊先后攻克了計算機控制衛(wèi)星姿態(tài)的控制系統(tǒng)研制，掌握了衛(wèi)星全姿態(tài)捕獲技術(shù)、衛(wèi)星應(yīng)急控制器技術(shù)等。后來在神舟科研攻關(guān)期間，他們還成功研制出我國載人飛船GNC系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于9艘神舟飛船。

1992年，我國載人航天工程正式啟動。“那時候，沒有實驗場地和設(shè)備，可謂困難重重?！逼菰菏空f，只有把地面實驗做充分，才能確保成功，這就要求必須建立完善的科研基地。

“飛船研制要用到哪些設(shè)備，這些設(shè)備如何研制？這個挑戰(zhàn)一點也不比研制飛船本身小?！逼菰菏空f，那時候，航天五院邊設(shè)計、邊出圖、邊建設(shè)，在北京建成了采用AIT一體化設(shè)計思想的總裝廠房、亞洲最大的真空罐和電磁兼容實驗室以及振動臺……

載人航天總體部總設(shè)計師楊宏覺得自己是個“幸運兒”，一參加工作就趕上“神舟”立項。“起步階段，我們對整個載人航天系統(tǒng)的認知都不到位。”他記得自己曾經(jīng)在一次地面檢測中，“燒”壞過4臺設(shè)備?！耙驗殡娐吩O(shè)計、電源器件的研制，都需要在實驗中一點點摸索?！?/p>

早期研發(fā)階段，團隊也曾向國際同行尋求幫助?！暗P(guān)鍵核心技術(shù)是買不來的?！标愖尜F回憶，很多所謂的“核心”技術(shù)，只不過是從公開發(fā)表的文章里抄下來的。

團隊沒有氣餒?！熬湍煤Ｉ匣厥諄碚f，5200公里的海域，我們沒有依托于航母的海上救生技術(shù)，海上回收成了巨大的難題?！睏詈暾f，為此，團隊研發(fā)了海上定點回收技術(shù)，確保海上迫降后航天員能順利上岸。

“為了研發(fā)海上定點回收技術(shù)，我們不知編寫了多少程序、做了多少實驗、測試了多少數(shù)據(jù)?！睏詈旮锌?。

航天員安全，守護！“要時刻問自己，敢不敢坐自己研發(fā)的飛船”

“5，4，3，2，1，點火！起飛！”這串口令，每一個神舟人都爛熟于心。每個數(shù)字代表著不同任務(wù)指令，要不假思索、形成慣性動作。“500秒內(nèi)，發(fā)出100多條指令，決不能出現(xiàn)任何差池?！睏詈暾f。

“航天產(chǎn)品可靠性為0.97，因為要保障人的安全，載人航天的失敗率必須控制在3‰以內(nèi)。兩個要求同時滿足，故障率必須在三十萬分之一以內(nèi)。換句話說，每天發(fā)一次，30年都不能出問題?！睂Υ?，戚院士對團隊說得最多的一句話就是：“要時刻問自己，敢不敢坐自己研發(fā)的飛船？”

要保障安全性，就必須用上所有的可靠性措施?！皬钠痫w到把飛船送到預(yù)定軌道，有8種故障救生模式。在飛船入軌之后，還有180多種故障對策。實際上，在大約70萬條計算機程序中，30%是應(yīng)付正常飛行的，70%用于應(yīng)付故障?！逼菰菏拷榻B。

從“神一”發(fā)射至今，團隊創(chuàng)造了“0失誤”和回收“10環(huán)打靶”的優(yōu)異成績，但“一次成功不代表次次成功，這次成功不代表下次成功。我們時常告誡自己，每一次都必須‘從零開始?！睏詈旮嬖V記者。

在神舟三號發(fā)射前，飛船已經(jīng)進入靶場時，團隊卻發(fā)現(xiàn)一個電連接器出現(xiàn)障礙?！氨仨毞祻S做失效性分析?！睏詈昊貞?，返廠后發(fā)現(xiàn)，電連接器本身有設(shè)計缺陷，要重新設(shè)計，但同樣的元器件在飛船上用了77個，重新設(shè)計生產(chǎn)需要3個月。

“堅決不能讓有哪怕一絲缺陷的飛船上天！”指揮部當即決定，暫停發(fā)射計劃，全員撤場。楊宏作為當時的主任設(shè)計師，受到了處分，這也成為楊宏職業(yè)生涯中最痛的事。

“地面測試就要暴露問題，暴露越多，上天后就越安全。”陳祖貴說，他曾受邀觀看航天員訓(xùn)練。在離心機旁，航天員身上壓著相當于自身體重4—8倍的載荷，這種訓(xùn)練讓他們臉色蒼白，表情痛苦。陳老看在眼里，疼在心里。

“那一刻我感覺責任重大，當即向航天員們許下承諾，不僅要讓他們安全回來，還要讓他們舒舒服服回來！”陳老字字鏗鏘。經(jīng)過團隊設(shè)計，神舟五號飛船返回時，楊利偉實際承受的載荷僅有自身體重的3.2倍，可以用“舒服”來形容。

“我們和航天員的關(guān)系猶如‘廚師和‘顧客。以前，我們要讓航天員‘吃飽，現(xiàn)在要讓航天員‘吃好，這就需要我們?nèi)ァ嚦浴！痹翁鞂m二號總體主任設(shè)計師的柏林厚做了個形象的比喻。

2016年10月19日凌晨，神舟十一號與天宮二號完成交會對接，景海鵬、陳冬開啟30天太空生活。這次“超長待機”對飛行器宜居設(shè)計提出巨大考驗。

怎么住得舒服？團隊下足了功夫：開發(fā)天地一體化多媒體系統(tǒng)，讓航天員可以看球賽、聽新聞，還能跟家人、戰(zhàn)友視頻聊天;設(shè)計可折疊多功能平臺，讓航天員就餐和進行科普活動時更方便;研制無線頭戴設(shè)備，解決有線頭戴設(shè)備“相互糾纏”問題，讓航天員在艙內(nèi)更自由地與地面對話……

在地面研制時，柏林厚和同事們經(jīng)常把自己模擬成航天員，進艙實際體驗。再根據(jù)自身感受和航天員反饋，不斷完善艙內(nèi)人性化設(shè)計，比如降噪、廢棄物處理等。

引領(lǐng)高技術(shù)，突破！“科研的最終目的是服務(wù)生活”

科研人員，都是幕后英雄。每一次成功背后，都是他們默默付出、接續(xù)奮斗的結(jié)果。

載人飛船系統(tǒng)副總設(shè)計師馬曉兵習慣稱自己為“愛找麻煩的人”。“做事情就要做到極致”，這是航天人堅持的準則，入行15年的馬曉兵感觸頗深。

2016年的一個深夜，值班人員發(fā)現(xiàn)航天員與地面的語音通信系統(tǒng)出了問題?！耙驗橛泄收项A(yù)案，問題得以順利解決。就是要在地面把‘所有可能出現(xiàn)的問題都考慮到?！瘪R曉兵回憶說。

對此，團隊建立了地面監(jiān)測防漏洞工作機制，出現(xiàn)問題第一時間解決，并形成“零缺陷、零故障、零疑點”的團隊文化。

創(chuàng)新，是團隊的另一種文化。

“新一代航天人必須要有創(chuàng)新精神?！瘪R曉兵介紹說，遇到緊急情況時，飛船必須在4個小時內(nèi)快速返回，否則航天員生命安全就會受到威脅。這就需要有大量的數(shù)據(jù)支持，在地面研制階段，這些都需要考慮進去。

比如，在航天器交會對接中，飛船會有多次變軌，軌跡預(yù)期經(jīng)常會有偏差。如何保證數(shù)據(jù)的實時更新，減少誤差的發(fā)生，這讓馬曉兵及其團隊犯了難。

“花了3年時間，團隊利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，加入自主計算程序，通過提取飛船高度、飛行速度等參數(shù)，解決了數(shù)據(jù)誤差問題，為航天員的救生提供了重要的技術(shù)保障?！瘪R曉兵告訴記者。

“就拿天宮一號來說，僅用5年時間，就實現(xiàn)了大型壁板技術(shù)、控制力矩陀螺儀技術(shù)等11項關(guān)鍵核心技術(shù)的突破。”楊宏說。

據(jù)了解，為了滿足太空艙航天員生存需要，確保長期密封艙里的空氣環(huán)境質(zhì)量達標，團隊嚴格控制艙內(nèi)所有金屬、非金屬材料的使用;為了解決工作設(shè)備發(fā)熱對航天員生存空間的影響，他們采用通風換熱方法，利用機器熱量保障艙內(nèi)溫度……人性化的設(shè)計，多學科多維度的科研探索，讓太空艙成了航天員溫暖的家。

“科研的最終目的是服務(wù)生活。”戚院士說，載人航天工程作為“863計劃”的一個重要項目，會帶動各個科研領(lǐng)域的進步。“比如，未來空間站建成后，可以開展多個學科實驗項目，將對農(nóng)業(yè)、林業(yè)、醫(yī)療、新材料、環(huán)保、生物、新能源技術(shù)等領(lǐng)域產(chǎn)生極大的推動作用，這些最終都將改變?nèi)藗兊纳??！睏詈暾f。

◎ 來源|人民日報