“问天”!
作者: 清风鸣蝉(整理)载人航天:从“技术自立”到“技术自信”
2023年5月31日,神舟十六号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,航天员乘组状态优良,发射取得圆满成功!
从1999年到2023年,从神舟一号到神舟十六号,从无人飞行到载人飞行,从一人一天到多人多天,从短期停留到长期驻留……神舟飞船在一次次的探索与突破中焕发出新面貌,完成了一场从“技术自立”到“技术自信”的转变。
中国的载人航天,是从载人飞船起步的。参加中国载人航天一期工程的“老神舟”回忆,初期虽有研制卫星的经验,也借鉴了一些国外载人航天领域的研制经验,但是从“0”到“1”真正要研制出一艘载人飞船却非常艰难。
但“不走跟随、仿制的技术道路”是老一辈航天人的凌云壮志。于是,他们经过无数次的计算、论证、验证,确定了三舱方案,提出了具有中国特色的轨道舱留轨方案;他们学习国外的经验并进行技术创新,确定了逃逸救生方案;他们结合我国的实际情况进行创新,确定了降落伞方案;他们综合各方要求和约束,确定了返回舱构型和布局……
他们也亲身体会了“花165万美元也只能买来外方一个‘Yes’或一个‘No’”的复杂况味。回忆起新中国的航天发展史,神舟飞船首任总设计师戚发轫语重心长道:“我们老航天人一辈子的体会是,靠别人不行,只能靠自己。”
1999年11月20日,我国第一艘无人试验飞船神舟一号成功发射。中国航天科技集团公司五院载人飞船系统总体副主任设计师彭华康评价:这是一艘起步晚、起点高、一步到位,具有中国特色的多功能飞船。
“这是一艘起步晚、起点高、一步到位,具有中国特色的多功能飞船。”
“故障预案的工作量甚至占整个工作的50%以上。”
“飞船进一步增强了自主健康管理功能,把对人的依赖降到最低。”
一直在进步的神舟飞船,身上的标签也越来越多,而这些标签的背后,是中国高校努力地输送航天工程人才、默默地承担关键性技术难题和科研任务。今天,我们就来看看“神舟”背后的部分重要高校力量。
“神舟”背后的高校力量
哈尔滨工业大学
中国航天工业主力军!
“航天第一校”
航天英雄杨利伟在哈尔滨工业大学(以下简称“哈工大”)作报告时说:“哈工大在我国的航天事业中发挥了重要的作用。从总指挥到工程师,航天系统40%以上的人都来自哈工大。这体现了哈工大人对航天的热爱和情结。”
哈工大为中国航天领域输送了几万名学子:“两弹一星”功勋奖章获得者、探月工程总设计师孙家栋,“神五”载人航天工程总指挥李继耐,副总指挥胡世祥、栾恩杰(探月工程总指挥),“神五”飞船系统总指挥袁家军,酒泉卫星发射中心原主任、“三垂一远”模式的提出者李元正,试验大队大队长许达哲,长征二号F火箭总设计师刘竹生,KM6工程总设计师黄本诚,“神六”飞船系统总设计师张柏楠,“神六”飞船系统总指挥尚志,载人航天工程应用系统空间光学分系统主任设计师王家骐,“神六”副着陆场总指挥吴年生,中国航天科技集团公司副总经理、探月工程副总指挥马兴瑞,火箭发动机和工程热物理专家庄逢辰,长征四号运载火箭总设计师孙敬良……
一批又一批哈工大学子走进航天,挥汗奋斗,默默耕耘,见证了中国航天的崛起。
哈尔滨工业大学航天学院成立大会现场
哈工大与航天
1951年,作为“工科学霸”的哈工大,明确了自己的使命为“仿效苏联工业大学的做法,培养重工业部门的工程师和国内大学的理工科师资”。这个时期的哈工大可谓是中国最洋气的大学,其先后聘请了67位苏联专家和3位捷克专家,为国家建设培养了大量优秀人才。
1954年10月,哈工大被高教部确定为全国重点大学,成为全国首批6所重点大学之一(哈工大是当时京外唯一的全国重点大学)。
1958年,哈工大在建立尖端技术专业、实施由民转军发展战略的征途上又有了新的历史机遇。当年9月15日,邓小平总书记率李富春、杨尚昆等一行视察哈工大,他指出:“大厂大校要关心国家命运,高等学校要成为突破科学技术的基点之一。”“只搞勤工俭学,不搞尖端科研,就是生产一个亿也不能算完成任务。”由此拉开了哈工大与国防(航天)结缘的序幕。
1961年,哈工大划归国防科委领导,随后正式走上了具有航天特色的综合发展之路;1981年,哈工大正式划归七机部(航天工业部前身)领导;1987年,哈工大成立航天学院——这是中国第一个以培养高级航天专门人才和从事航天高技术研究为主的学院。
1992年中国载人航天工程实施以后,哈工大数百名教师和技术人员持续参与神舟、天宫、天和、天舟等工程的系列研究,数百项科技成果助力载人航天。因此,哈工大成为唯一获得“中国载人航天工程突出贡献集体”荣誉称号的高校。
2023年,我国航天领域首个大科学装置——空间环境地面模拟装置落户哈工大,足显哈工大在航天领域的地位。
哈工大贡献
在举世瞩目的“神舟”号系列飞船研制过程中,哈工大人攻破了多项技术难关:返回舱焊接变形矫形技术、三轴仿真实验转台、容错数管计算机、故障诊断系统、航天员座椅支撑系统、海上应急浮囊系统、宇航服智能测试系统、太阳帆板堵转研究等,为中国航天事业做出了重要贡献。哈工大因此受到原总装备部的表彰,学校及其科研团队和个人分别荣获中国载人航天工程协作贡献奖、突出贡献集体奖、突出贡献者奖,成为唯一同时荣获三项殊荣的高校。
哈工大“神舟揽月”广场
“尖兵”式学生培养
2023年4月15日,神舟十五号航天员乘组完成第4次出舱活动,刷新中国航天员单个乘组出舱活动纪录。由哈工大和中科院长光所联合研制的小机械臂持续助力航天员出舱。
问天舱机械臂团队由中国工程院院士、哈尔滨工业大学副校长刘宏领衔,由机械、电气、计算机等多学科青年教师和博士生组成,团队成员平均年龄33.3岁。作为团队的一员,2019级博士生马博宇在科研攻关一线不断成长。
刚加入团队时,马博宇对空间机械臂的相关理论知之甚少,基本的软件操作和程序编写能力也很薄弱,这些短板成为他参与研制空间机械臂的第一道难关。在自我加压和团队成员的帮助下,马博宇开启科研“小白”的进阶之路。
问天舱机械臂的每个研制周期都异常紧张,面临诸多困难。“团队老师们几乎每天都高强度工作14个小时以上,在遇到重大技术攻关时,他们甚至直接在实验室里用椅子搭临时床铺,用争分夺秒来形容也不为过。”在团队科研攻关氛围的带动下,马博宇的干劲更足了。
经过一遍一遍的理论论证、一行一行的代码调试、一夜一夜的试验验证,马博宇和团队并肩作战,攻克问天舱机械臂各项关键技术,成功实现问天舱机械臂“问鼎苍穹”。
在小机械臂支持神舟十四号航天员完成出舱任务时,航天员刘洋不禁感叹:“小机械臂动作精准、无须微调。”自己参与的“国之重器”得到航天员的称赞,马博宇的内心满是激动。
从1987年成立我国第一个以培养高级航天专门人才为主的航天学院,到2020年起着力打造培养未来航天领军人才的院士特色班,再到2022年6月未来技术学院暨问天书院揭牌成立,哈工大持续强化航天领域“尖兵”式学生培养。
哈工大始终与我国航天事业发展同频共振,为实现航天强国梦持续贡献着哈工大的智慧和力量。
西北工业大学
育国之栋梁,铸国之重器
“航天之心”
2016年4月24日,是我国首个“中国航天日”。作为我国航天事业和航天教育事业开拓者与奠基人之一的陈士橹先生在这天因病去世,一颗“航天之心”停止了跳动。
1959年,华东航空学院从南京整体西迁至西安,陈士橹也一同来到西安,创建西北工业大学宇航工程系,开创了我国宇航工程科技教育的先河。
20 世纪 60 年代,我国的导弹设计、研制工作刚刚起步,面临资料稀缺、工程技术人员力量薄弱等困难。陈士橹便主动与航天企事业单位建立联系,帮助这些单位解决实践难题。后受钱学森委派,陈士橹参与到我国刚起步的导弹研制事业中。他成功地将理论应用于航天工程实际,扫除了飞行器液体晃动等一系列阻碍航天器发展的“拦路虎”。
1964 年前后,西北工业大学宇航工程系面临被“撤并”的窘迫状况。在宇航工程系存亡与否的紧要关头,作为系主任的陈士橹并没有坐以待毙,而是四面出击。他毫不掩饰地表达自己的观点,为保留宇航工程系奔走呼吁。陈士橹的女儿陈清怡记得,在那些日子里,父亲让她感受到了未曾有过的雷厉风行:“他还拍起桌子来,所以大家觉得,平时看他温文尔雅的,说话都是笑嘻嘻的,怎么还发那么大的脾气。”
陈士橹的远见和坚持,让西北工业大学宇航工程系被保留了下来。西北工业大学也因此成为国内航空高校中唯一自开办航天专业以来就没有中断过的学校。从这里走出的7000多名航空航天领域的高级人才,见证了我国航天事业由弱变强的发展历程。
20世纪80 年代末,在我国第一代捆绑式火箭研制的过程中,在没有任何资料可借鉴的情况下,陈士橹带领团队,用 18 个月夜以继日的仿真验证,建立起了动力学模型,且达到了设计指标要求。
20世纪90年代,陈士橹带领他的博士生及博士后科研团队,围绕空间飞行器多个方向进行攻关,取得了多项创新性研究成果,并促成理论成果向工程应用的转化。
2016年4月24日,在西北工业大学友谊校区的一幢普通住宅楼里,96岁高龄的陈士橹一整天都关注着电视报道。陈清怡在事后才察觉到父亲当天的异样:“他那天躺在那儿,还让我给他戴上助听器耳机;他生病以后卧床的时间比较多,平时不愿意换衣裳,那天却主动要求换衣裳。他把‘中国航天日’这个事看得很重,感觉真把这一天当过节了。”当天21时10分,这位终身情系航天的老人,安详地走完了他的生命旅程。
如今,西北工业大学(以下简称“西工大”)专门设有以中国飞行器飞行力学学术带头人陈士橹的名字命名的陈士橹飞天班。该班贯通本科和研究生培养过程,依托“航空宇航科学与技术”国家级A+学科优势资源,与国际通行的航空航天高等教育模式接轨,打破传统专业设置界限,体现当代科学技术发展中学科交叉的特点,以飞行器设计、航空宇航推进理论与工程、导航制导与控制3个学科方向为牵引和主攻方向,推行通才教育模式。
西工大航天精神的延续
西工大航天学院教授李新国和学院众多师生参与了神舟六号飞船的部分研制和测试工作。
西工大载人航天工业设计团队承担了天宫一号舱内环境、人机设备和交互界面的设计任务。
神舟八号的仪表与照明分系统,包括显示器、控制器、照明系统等,可以说凡是和航天员相关的手持设备和显示页面,都采用了西工大的设计。
西工大承担了神舟十一号四项重大科研任务。
西工大物理科学与技术学院魏炳波院士团队承担了中国空间站应用任务中的空间材料科学实验项目,利用核心舱内装载的无容器材料科学实验平台,开展空间环境中深过冷金属熔体的热物理性质测定及快速晶体生长研究。
神舟十六号载人飞船任务中,航天员随身佩戴的辐射剂量仪,其核心元件采用了西工大材料学院介万奇教授团队研发的碲锌镉(CZT)探测器。
西工大机电学院张卫红院士团队(空间结构技术重点实验室)在长征五号火箭结构轻量化设计、火箭发动机结构高性能设计与增材制造方面做出了重要贡献。
西工大自动化学院窦满峰教授课题组承担了问天实验舱太阳翼展开机构驱动电机的研制工作,为空间站太阳翼在轨展开、驱动机构对日定向跟踪提供支持。
……
西工大的发展
西工大坐落于十三朝古都陕西西安,现隶属于工业和信息化部。综合排名常年在全国前30的西工大,为我国航空、航天、航海 “三航”事业培养了大批人才,也为我国国防领域关键核心技术自主安全可控提供了有力支撑。