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“火眼金睛”耀苍穹

——记中国电子科技集团公司载人航天交会对接激光雷达课题组

刘耐霞 何铮进 董光焰

2013年08月23日16:51    来源:人民网-科技频道    手机看新闻

6月27日11:05分,圆满完成神舟十号在轨运行任务的张清源,和同事一起下了火车,直奔所里,顾不上休息便参加了正在进行的神十发射任务总结会。掩饰不住内心的喜悦,张清源在会上用“更完美”一词称赞表现优异的交会对接激光雷达。

张清源,34岁,就职于中国电子科技集团公司(以下简称中国电科),任激光雷达课题组总师。此次,他和另外两名同事的任务,就是对神舟十号在轨运行阶段的激光雷达进行状态监测和实时数据判读。正是他所在的载人航天交会对接激光雷达课题组,研究突破了交会对接技术中至关重要的交会对接激光雷达技术,为我国全面掌握交会对接技术夯实了基础。

“用最好的设备迎接应用阶段的更高考验”

早在神舟九号与天宫一号成功实现对接时,中国电科载人航天工程总设计师周彬就强调,“在神八、神九发射成功的基础上,课题组必须确保用最好、最可靠的设备迎接新考验,不辱国家和时代赋予的责任使命。”

神舟十号任务是载人航天工程第二步第一阶段的收官之作,这个阶段的主要任务就是突破和掌握航天员出舱活动以及空间交会对接技术,为未来空间站运行做好技术基础支撑。正是在这样的使命驱使下,激光雷达课题组成员不敢有丝毫懈怠,因为他们深知,对激光雷达而言,两次的成功飞行经历,不等于技术完美、和成熟,更不意味着能够次次成功。他们在神八、神九成功发射的基础上,不断总结经验、不断分析数据,继续寻找提高产品质量可靠性的关键点,确保激光雷达在多维空间、大工作范围下的精度可靠性和稳定性。

事实证明,课题组的辛苦没有白费。此次飞行过程,顺利完成了自动和手动交会对接、组合体飞行、绕飞等试验任务,充分验证了激光雷达的可靠性和稳定性。

对于激光雷达在神八、神九与神十的应用上,很多人认为不就是对接嘛,应该没有区别。然而对于课题组来说,这绝对不是简单的重复,而是更高层次的考验、更高水平的展示。为确保首次全面考核交会对接敏感期测量数据的精确性和可靠性,神十激光雷达在神八、神九交会对接激光雷达的技术基础上,加强了技术状态管理控制,加严了关键元器件筛选,组件的筛选和标定,对关键参数进行多次考核,对提高激光雷达性能的各关键环节认真梳理、优化和测试,严格贯彻载人航天相关规范标准。在满足对目标快速跟踪和高精度测量的基础上,确保在航天动平台上的高安全性和高可靠性应用。从神十激光雷达数据分析的结果来看,激光雷达经受住了这次严格的考验,在同等体积重量功耗下,激光雷达的工作范围超过国外同类产品的两倍以上,实现了指标范围内高精度测量跟踪,圆满地完成了神十交会对接和绕飞任务。

第一时间听到两次交会对接都圆满成功后,时刻关注任务进展情况且极其亢奋的中国电科激光雷达室主任董光焰直接跳了起来,把正在做家务的妻子吓了一大跳。不善言谈的他,在激光雷达研制最困难的时刻临危受命,长时间承受着巨大的心理压力。在这个成功时刻,他选择了跳起来表达内心的激动。

如何建造空间站,充分利用太空的优越条件,更好地服务人类、服务国家,是我国开展载人航天工程始终追求的理念。中国电科的交会对接激光雷达,主要为今后的载人空间站建设任务提供了基础性技术支撑。交会对接中的激光雷达,在千百次地试验中练就了一双“火眼金睛”,像远距离穿针引线一样,在外太空准确地将两个目标精准对接;同时当目标出现故障,需要维修时,也需要将目标精准地撤下,这都对交会对接提出了高要求,是对激光雷达性能的严格检验。激光雷达在未来载人航天、深空探测等活动中,对于导航、交会对接、着陆避障等任务,也将有大有用武之地。

作为一个必须保证万无一失且巨复杂的系统工程,载人航天工程对我国的航天装备体系建设、创新中国体系有着极大的促进作用。一是从宏观战略上来说,我国正在成体系、分版块、分阶段、分层次勾画国家航天体系,和载人航天工程的三步走战略一脉相承,和民族航天事业发展格局紧密相连。二是“建造为应用”的思想始终贯穿载人航天工程,这就对“创新中国体系”提供了重要支持。载人航天工程以它独特的创新优势,为我国高端谋划、打造科技制高点发挥了重要作用。

“我们必须用创新抢占交会对接技术制高点”

2002年,关键技术攻关;

2004年,原理样机成功演示;

2010年,鉴定件交付;

2011年,神八发射成功;

2012年,神九发射成功;

2013年,神十发射成功;

……

10年,可以改变很多人和物。然而对于激光雷达课题组来说,创新追求激光雷达性能最优的目标从未改变。

作为我国兼顾先进性和可靠性的交会对接技术中关键单机之一,激光雷达是交会对接接近段、靠拢段精密测量不可缺少的手段。然而由于天地差异的不可预测性,以及我国激光雷达领域技术基础过于薄弱,课题组面临巨大考验。该项目研制之初,由于缺乏真正工程化的激光雷达产品,该领域许多体系尚未建立,其中包括极为重要的测量体系。激光雷达涉及光、机、电、热、力等众多领域,其测试系统难度不亚于激光雷达自身设计的难度。不论是关键器件的选取、指标的检测,还是动静态的标校,以及整个测试体系方法的论证,均处于“零”的状态,测试系统条件更是一片空白。

面对这样的现状,课题组义无反顾地主动挑起了测试系统建立的担子。国外常规的做法是地面测量多远,太空应用到多远。课题组确在技术自信的基础上敢于挑战权威,拿出科研者应有的实事求是和大胆挑战相结合的精神,摒弃了国际上常用的做法,既然大气因素客观存在,就必须研究它、解决它。从零做起,不断的查阅资料,找国内相关专家咨询和研讨,在不同气候条件下积累数据,用大量的理论分析和试验数据编写天地差异分析报告,建立激光雷达天地差异模型,并为了验证模型的准确性,奔赴内蒙阿拉善、青海同德、甘肃酒泉、云南丽江等多个地区进行试验验证。他们勇于打破常规,建立起了国内首创的天地差异激光雷达应用模型,有力保证了激光雷达在探测距离上远远超出目前国际上应用的同类产品,确立了世界领先的地位。

从2005年项目成立到2011年神八首次交会对接,再到2013年载人航天天地运输系统首次应用性飞行,交会对接激光雷达完成了跨越式发展。之前该类型激光雷达在我国基本处于实验室研究状态,从实验室到工程应用,尚需要大量的时间完成技术见底和相关环境试验工作,更何况是从实验室直接到航天应用。更兼之未来空间站有多个对接口,飞行器要从多个方向与空间站对接,这就对交会对接技术提出了更高的技术要求。当飞行器从一个对接口绕飞到另外一个对接口进行对接时,需要躲避太阳帆板、舱段和各种天线等突出物,确保安全可靠对接,避免碰撞、刮蹭等灾难事故的发生。交会对接敏感器需要时刻监视周围的复杂环境,测量相对位置关系,提供大视场范围的精确测量数据。因此发挥激光雷达视线广、测量因素多的优势方案就应运而生。

为充分验证全工作角度范围内激光雷达的性能,建设国内最长的交会对接技术验证多自由度轨道运动系统,实现对空间航天器飞行姿态、速度等复杂过程进行模拟和参数测试验证,是激光雷达课题组突破传统、开创性思维在载人航天任务中的突出体现。

“我们有幸参与到如此重大的工程里,是福气,更是责任,我们必须用创新抢占交会对接技术制高点,无愧时代”。在这支年轻的队伍里,党员比例占到了60%。在二十七所党委“将党员培养成骨干、骨干发展为党员”的理念下,党员充分发挥先锋模范作用,为课题圆满完成发挥了重要作用。

从无到有,课题组成功地研发了车载双移动差分GPS测试标校系统和多自由度轨道运动控制系统等动态综合指标测试系统,以及激光雷达远场光斑、近场光斑评价方法等一系列确保激光雷达产品性能的测试保障,并为我国激光雷达指标测试体系的建立奠定了坚实的技术基础。

“我们就是要为国家航天事业锻造人才”

2004年,在关键技术攻关阶段,时任神舟五号飞船总师的院士戚发轫,为验证激光雷达捕获目标的快速反应能力,用他魁梧的身躯挡住激光,看到激光雷达在人撤离迅速捕获目标并跟踪,他对这支年轻的队伍给予高度评价。

十几年的时间里,一群初出茅庐的年轻人,顶住了巨大压力,在项目研制任务巨重、研制时间节点巨紧、关键技术突破巨难的情况下,凭借超凡的毅力和耐力,刻苦攻关,以体制创新引领技术发展,以思维创新带动技术创新,圆满完成项目研制生产任务,在他们30多岁时,已成为我国航天事业发展的中坚力量。

项目成立初始,课题组面临着国内没有同类产品借鉴,专业基础薄弱但指标全面优于国外产品等一系列技术难题。关键时刻,这批年轻人体现了一股“初生牛犊不怕虎”的勇气。为成为一名真正的 “航天追梦者”,他们抛弃了一切杂念,大胆假设,小心求证,从起初碰到每一个技术难题就采用最笨的解决方法,将所有可能的因素均做试验验证一遍,用数据和事实说话。到现在已能综合应用现代仿真测试方法进行研制,课题组走过了艰辛而又漫长的道路。

研制初期,课题组建立了天地差异模型后,开始专题验证试验。为了获得较为接近太空环境的远距离测试数据,课题组转战大江南北,共计走过6个省市、行程10万余公里,纵向跨越5000多千米,最高海拔4000多米,掌握了数百万个激光雷达威力试验第一手数据。特别是在青海同德海拔4000多米的外场,试验队员需要背负20多公斤的试验设备爬上无名山头。山区气候多变,随时可能出现雨雪,此时他们必须用最短的时间收起试验设备,背起试验设备转移到山下的工程车里。在此次试验中,试验队员硬是冒着高原缺氧的生命危险,克服高原反应带来的身体不适,用汗水换来了激光雷达威力试验的第一手数据。回来后,一个个高原反应的红脸蛋儿,被同事戏称为“红脸娃娃”。

“我们无数次在郑开大道做跑车试验,其实就是前面一辆模拟天宫的‘目标车’,后面一辆装着激光雷达的模拟神九的“追踪车”,模拟太空中的对接场景,一个在跑,一个在追,不断逼近、撤离。”激光雷达室主任董光焰笑着说,“其实我们试验中,很多市民都看到过,因为是后半夜,他们从车窗中探出头好奇的看着这群人开着奇怪的车辆在往返跑。”选择郑开大道,他们也经过了长期反复的选择,“我们需要一个3公里左右平直的道路,而且不能有遮挡,找过黄河大桥,看过东四环,最后发现,郑开大道有一段,正好符合需求。”在试验之初,也得到了郑州和开封警方的大力支持,“他们给我们封锁车道,帮我们进行试验。我们的工作得到了地方政府的大力支持。”

“神八不上天,我就不要孩子”,这句话让团队中年轻的总师张清源,成为媒体眼中 “红人”。每每提及此,张清源总是憨厚咧嘴一笑。从一名普通的设计师快速成长为科技骨干,张清源付出了太多。2009年时,张清源终于有了属于自己的房子,可装修全由父母代劳。他的大部分时间都在试验室,根本没有回家的机会,妻子也只能长期住在娘家。一次出差两个月到家,张清源发现由于楼上漏水,家里地板、家具尽毁,而他,只是找了条毯子凑合了一晚上,又踏上出差的路。

副总师屈恒阔2011年荣升父亲,这个“不称职”的父亲在儿子出生不到三天就出差了,之后的一个月一直在外场试验没有回家。2011年的十一长假,本想夫妻团聚好好过个节,可刚刚把妻儿从安阳接到郑州,还没下车,命令就下来了,要求屈恒阔在24小时内赶到基地执行任务。眼泪流在妻子的脸上,却生生打在屈恒阔的心里,在自己的小家里坐了不到两个小时,母子俩又登上了北去的火车,和狠心的航天人作别。

该项目的圆满完成,得益于领导的大力支持和关怀。其两任行政总指挥薛海中在各种场合多次指出:“载人航天工程是中华民族走向大国强国的必由之路,而我们却有幸参与到了这项伟大的事业中,并发挥关键作用,我们在实际发展中,切实为国家航天事业锻造了一批航天人才,打造了一支特别能吃苦、特别能战斗、特别能奉献、特别能攻关”的科技队伍。我们能够获得中国青年五四奖章等多项荣誉称号,就是国家对我们工作的最大肯定。”他们既站在国家的高度激励大家,又深入研制生产一线集智攻关,为项目的顺利推进,做出了不可磨灭的贡献。

正是这样一群“老实本分不怕输”的年轻航天人,在老一辈航天人的激励感召下,用青春的激情和智慧,书写了执着无悔的铮铮誓言,为国家载人航天工程伟大成就的取得,献出了自己的满腔热血,他们还将继续前行,实现他们每个人心中的“中国梦”。

(责编:郑涵予(实习生)、赵竹青)

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