当神舟一号返航时,中国女航天员的飞天之旅还像是科幻片;如今,34岁的刘洋已在太空中打太极、玩自拍了。
今年,中国载人航天工程步入第20个年头,是怎样的一批人让梦想照进现实?
1992年,59岁的戚发轫接下了载人飞船系统的帅印。20年后,他的接班人是40岁的何宇。今年6月,和何宇一道作为八大系统领军人物中的新面孔出现的,还有出任空间实验室系统总指挥的王翔,这位38岁的海归博士从事航天事业仅9年。
如今,载人航天工程八大系统的科研人员中,35岁以下的占80%,和欧美同行相比,他们平均年轻了15岁。
“少帅军团”的崛起让美国航空航天局原局长迈克尔·格里芬感叹:“最让人敬畏的不是中国航天所取得的成就,而是现在领军和主导中国航天的这些人太年轻了!”
上篇:那些年,一起追神舟
对载人航天工程中的青年科技人员来说,航天不仅是一份职业,更是一份事业。
当记者问起北京飞控中心科研计划部部长申敬松的生日时,他说,就是神舟一号返回地球的那天;当记者问起航天一院12所4室副主任胡海峰女儿的生日时,他说,就是神舟七号发射成功的日子。我们梳理一次次任务,那成千上百的数据背后流淌着的,是航天少帅的青春。
打好“保护伞”
烈风扑面,阿木古郎草原从身下疾速掠过,高树义极目远眺天边那朵伞花。
此刻是6月29日10时,“雄鹰”号指挥直升机载着他追逐神舟九号,“返回舱离地面4~5公里时,我肉眼就能看见了。”他对记者说。
在离地面10公里处,一朵伞花绽放,如一颗火红流星般向地面飞来的返回舱,13分钟内,速度由每秒200米左右陡降为每秒7米左右——从百米冲刺转为闲庭信步,它回家的步伐轻盈起来。3吨多重的返回舱,是靠着一张相当于3个篮球场大的世界最大降落伞安全着陆的。
直升机离地还有一米高时,高树义一个纵身跳出机舱,当看到红白相间的降落伞在绿色草原上徐徐铺展开来,他长舒了一口气。
“上得去,待得住,回得来”。作为分管回收着陆分系统的载人飞船系统副总设计师,当别的系统大多已完成任务时,高树义的心还在为飞船“回得来”而悬着。“我们的系统是不可逆的,一旦上天,不管是航天员还是地面都没法干预。”他说。
不能带着问题上天。巨型降落伞靠人工缝制,也只能靠人工检验,多年下来,这位魁梧的山西汉子炼就了一副火眼金睛。
严格得让人敬畏的高树义,被下属唤作“高大全”,在他眼里,再没有比产品质量更大的事了。
“别以为是总师了,没技术含量的细节就不是自己该考虑的。”高树义说,“哪怕拧一圈螺丝钉,我也得盯到位。”
这张1200平方米的主伞有7000多个零部件,为了一个数据、一条线迹,高树义拿着尺子,一寸一寸地比。
2003年,年仅29岁的高树义接任508所回收着陆分系统主任设计师兼指挥,他和“实效”较起了真儿。除了亲力亲为地质检,他把精力更多放在成果创新上。我国第一套半实物回收着陆仿真平台、降落伞可靠性评估模型等相继投入应用。今年,高树义团队的成果名单又添新成员,通过对神舟九号伞舱盖弹射系统进行密封设计,避免了产品的有害气体排放,保航天员一方绿色空间。
黑红的肤色透露出高树义的工作性质。和多数航天人在室内工作不同,为了完成空投模拟试验,他一次次奋战塞外,在零下十几摄氏度的白毛风里通宵奋战。
“成熟不一定可靠,可靠不一定成熟。”在飞船某架次空投试验中,一个经历过7年来上百次试验的产品出了问题,大伙的心一下提到了嗓子眼儿,高树义感到压力空前。
“航天高风险,你不将问题归零,问题就将你归零。”艰难而坚定的“归零路”由此开始。早晨出改进方案,上午到工厂加工,下午出产品,晚上做试验,一干就到后半夜,如此循环往复。
一步一步走出迷宫,经过半年辛苦,问题的根源终于被高树义团队挖了出来,仅仅只是因为微米级的公差差异——比头发丝还细。
通过508所所级归零评审那天正好是2007年2月14日,“我们团队的小伙子说,这是给他们最好的情人节礼物。”脸上总是挂着浅浅笑意的高树义说。
消除“暗礁”
“回收主开关接通!”
6月29日9时,当高树义耳畔灌满呼呼的风声时,飞控大厅内响彻的是总调度的报告声。被誉为“金手指”的软件室遥控组组长于天一向神舟九号发出了最后一条指令,这意味着地面飞控任务基本完成。站在他身后的软件室主任孙军如释重负,通宵值班的他已熬红了眼。
本次任务,软件室共向天宫一号发送3181条指令,数据492帧;向神舟九号发送1696条指令,数据186帧,无一失误。“打造软件航母”是软件室的追求,作为“船长”,他防的就是像“暗礁”一样潜伏的隐患。
一次又一次的“无一失误”背后,是一双双警惕而布满血丝的眼睛。2005年6月的一个子夜,北京飞控中心,神舟六号发射前的最后一次天地间联合演练后,时任总体室主任的孙军审查总结时发现,缺了飞船方面的打印数据。
“型号部门打电话说了,没问题。再说最近3次演练都很正常。”相关人员说。
“必须以数据说话!”平时说话和气的孙军急了,让人连夜去拿数据。
拿到数据后,同飞控中心的一比,完全不一样。
“对方打错了?”“即使注入有误也不可能全错啊。”在场的人议论纷纷。
孙军揪住了那个“捣乱鬼”——注入方式字。它虽然短到只有一个比特,却决定了飞船如何解释注入数据。“一个比特的错误,会像多米诺骨牌那样蔓延,破坏任务状态,甚至会导致飞船舱段分离。”孙军对记者解释。
原来,双方对该方式字的理解有歧义。“隐患像地雷,踩上哪个都可能被炸得粉身碎骨。”孙军正色道。在场的人不由得后怕,“如果问题被带到天上……”
“如果现在再遇到2005年那类的问题,我们的软件就能自动判别。”孙军说。2003年4月,时年32岁的孙军被破格晋升为总体室主任。2007年6月,他调任软件室,为在总体室遇到的难题找到了更彻底的解决方法。在总体室时,孙军在中心首先提出了“上行控制数据综合验证技术”的方案,瞄准的就是自动检测和消除注入数据的失误,这一设想在新一代软件系统得到实现。2007年7月,新官刚上任的孙军带领软件室展开了第二代系统的研制;2011年,该系统在神舟八号任务中首次担纲。
二代系统由1100多万行代码构成,你别以为它是个笨重的庞然大物,其实它“反击”起故障来,动若脱兔。采用了层次化的跨平台中间件技术等多种新技术的它,把盘根错节化为简单明了,让错误无处藏身。孙军介绍说,系统复杂度低了,安全性自然就高。而采用数据描述方式的二代系统,让错误不再引发“多米诺骨牌效应”——采用二进制作为接口约定方式的一代系统,一个岗位犯错,关联的岗位都会受影响。
再狡猾的狐狸也斗不过好猎手,“集中调度监控软件”就是个“眼明手快”的猎手。作为二代系统的创新点之一,该软件能对故障自动监测,并自动语音报警,可谓是“故障克星”。孙军说,二代系统大大提高了故障监控的效率,把人从大工作量中解放出来,软件室的相关岗位也由12个减少为两个。
任务尚未完成
6月29日11时,当大屏幕上神舟九号乘组成功出舱时,飞控大厅的欢乐时刻由此引爆。
悄悄离开狂欢的人群,39岁的轨道室主任谢剑锋向第二指挥厅走去。
与神舟九号分离后,天宫一号还得从离地球343公里处回到原先370公里处的轨道,这意味着轨道室的任务得到7月2日才能完成。相应地,神舟九号发射前21天,天宫一号第一次调相控制,以确保神舟九号认清太空的“家门”,轨道室的任务已提前开始了。
“我们就得比别人起得早,睡得晚。”这个头发梳得一丝不苟的江苏人对记者打趣说。
老天爷开了个玩笑。6月17日,发射次日,神舟九号遭遇空间环境波动,对轨道控制精度的影响超过了预期。6月18日,在神舟九号与天宫一号对接前,谢剑锋通过精密定轨和精确的轨控效果标定,将原来设计的5次变轨减为4次,在简化飞控操作的同时,提高了航天员的安全性。在与老天的较量中,他又胜了一局。
取消这1次变轨可不只是让神舟九号少动两步这么简单。“神舟八号时有些试验本来想做,没做成。而神舟九号全部的试验都做了,比神舟八号更顺利。这得益于少1次变轨节省了燃料。”谢剑锋介绍说,如果在变轨中轨道控制进行得不够优化,试验就会受燃料短缺的影响而删减。嫦娥一号任务时,时任副主任的他将卫星的轨道控制精度提高了两个数量级,减少了两次中途修正,为卫星节省了190多公斤燃料,使卫星延长寿命两年。
“等任务完成了,我想带孩子去海边看看,孩子4岁了,我还没带他出过北京。”这位父亲坐在工作台前,看着走出飞控中心参加欢庆的同事们说。
中篇:“少帅”是怎样炼成的
“如果没有921工程,没有探月工程,没有航天事业发展提供的机遇,就没有我们青年科技人员实现价值的机会。”32岁的载人飞船系统总设计师助理马晓兵对记者说。
北京飞控中心在载人航天工程八大系统指挥长单位中成立最晚。1996年白手起家时,离神舟一号首飞仅不到4年。面对“飞控中心将成为工程‘薄弱环节’”的质疑,一群连载人飞船是什么模样都不知道、平均年龄为22岁的飞控人是怎样成长的?
新来的大学生,在别处当学生、当助手,没有两三年恐怕连重点课题的边儿都摸不着。而在飞控中心,一脚踏进来就成了主力和骨干。这,正是酝酿超常规奇迹的青春之源。
在飞控中心,流传着这样一句顺口溜:1年人力,3年人手,5年人才,10年人物。
从人力到领军人物,“少帅”何以炼成?任务密集,碗里有肉,组织还得敢于压担子,老同志勇于让贤,这样,才有跨越式的成长。
“我们太幸运了”
“我当时被分到航天一院12所,等了好长时间都没工作。他们说,反正你肯定是要走的,还给你分配什么工作?”34岁就成为运载火箭系统副总设计师的宋征宇回忆起1995年他刚参加工作时的情况说,那时人人争相“下海”。1998年,高树义转到飞船系统工作,“就因为早来几年的都跳槽去外企了,我来填补他们留下的真空。”
1996年,“长三乙”火箭首飞失败。内忧外患下,航天事业陷入低谷。
1999年,神舟一号首飞;2007年,嫦娥一号首飞,中国航天在世纪之交迅猛发展。
2004年,胡海峰毕业刚进入中国航天科技集团公司一院12所工作,就赶上了“长二丙”火箭的高密度发射期。老主任设计师王载桢把担子压在他身上,只有第一次发射时带着他,后来就放手让他单飞。
“有的老同志一辈子都走不全太原、酒泉、西昌这3个靶场,可我不到半年就都跑遍了。”现任12所4室副主任的胡海峰对记者说。
2005年,“长二丙”火箭副总设计师张洁找到工作刚满一年的胡海峰,让他负责火箭控制和利用两个系统。
“在以前,让入所才一年的毛头小子负责一个型号的设计,难以想象。孙凝生副总师说过,要做一个型号的综合设计,没3到5年的历练,难以胜任。”胡海峰顿一顿,“可所里人员紧、任务紧,就有了我这样的破例。”
2010年,当上主任设计师的胡海峰还不到32岁。与胡海峰同年晋级为主任设计师的同龄人李聃感叹,“‘长三甲’系列火箭总师贺祖明到40多岁才被评上主任设计师,相比老一辈,我们太幸运了。”
“搭档”与“保姆”
那是他俩唯一一次搭档。
2005年,执行神舟六号任务时,洪春辉第一次担任注入数据的主岗,和他搭档的副岗是徐红兵。
2009年,时年30岁的徐红兵被提为飞管室副主任。2010年,时年33岁的洪春辉被提为轨道室副主任。轨道室和飞管室有如跑接力赛的前后棒,虽然他俩管的是同一个目标飞行器,可只有交接棒的短暂时刻并肩作战,在神舟九号发射前的一周和返回舱落地后的两天内,他俩交叉管理天宫一号。
他们是一对好搭档。如果说天宫是个孩子,当7月2日,经由洪春辉再次交接给徐红兵时,这个274天大的婴儿还带着前者身上的体温。
载人交会对接任务轨道控制精度要求高,得留给测轨计算更长的时间;神舟九号多次变轨间隔时间短,数据注入频度高;再考虑到天基不可用的最恶劣情况,测控网覆盖范围有限,多因素作用下,留给上行数据验证的时间只有50分钟,时间拖长了,变轨就不能按计划实施。
旧系统的注入数据验证时间得要120分钟,怎么办?
从120分钟缩减到50分钟——注入数据快速会签验证系统应时而生,开发者正是洪春辉。
“时间魔术师”。这名干练的重庆小伙子在任务规划时效性上的屡屡突破让他赢得这个美誉。他在嫦娥一号任务中实现了独创的“飞控计划冲突自动消解”技术,把原需40分钟完成的流程压缩了一半。
徐红兵,这名33岁的江苏小伙子,英俊的面容透着朝气,当寡言的他一张口,你才会发现他精准而严谨的表达背后那颗澎湃的心。“像照看孩子一样管理卫星”,自诩为“保姆”的他有着一种诗人的感性。
徐红兵爱琢磨,总能琢磨出省时高效的创新方案。2010年,嫦娥二号进入环绕L2点轨道。按常规流程,得把处于对日定向旋转姿态的卫星停下,使其处于惯性指向空间姿态保持,上传完数据后再让卫星重新起旋。而控制卫星“刹车”和“发车”都需要让其喷气。
“四两拨千斤”的巧劲儿被徐红兵使得有声有色。他可不想卫星这么费劲儿,他琢磨出了“旋转姿态下定向天线对地指向控制”技术。通过该技术,只要调整定向天线就能完成数据传输。这样一来,不需要卫星“大动干戈”,节省了燃料,延长了寿命。据他介绍,这一套思路也将在火星探测项目中应用。
这个时代等不及了
在迈入航天一院12所的第11个年头,“长三甲”系列火箭副总设计师助理孙岳已经历了该系列火箭的41次发射。
2012年3月31日,震耳的轰鸣打破了西昌深山的寂静,“长三乙”火箭成功发射,尾焰映红了孙岳的脸。这是自1994年首飞以来,“长三甲”系列第50次发射,预计在未来5年内完成又一个50次发射。“5年的发射量能顶上之前18年的,我国火箭发射是井喷式发展,这就是我赖以成长的机遇期。”孙岳对记者说。
在航天一院,有这样一片独特的银杏林,每一棵银杏树代表着一次运载火箭的发射。长征火箭已经完成了165次发射,前50次用了30年,第二个50次用了近10年,而第三个50次仅用了4年。2012年上半年,中国第一次在运载火箭发射数量上跃居世界首位。
2012年,33岁的孙岳被提为副总设计师助理。“2004年,还是主管设计师的我就提前操刀系统级冗余项目的总体设计,假如没这么早让我担纲分系统,我也许做不到今天这个位置。”孙岳这么解释他的“跳步”。
“可我们这个时代等不及了,于是给了我们这批人以机会,担子往你肩上压,你只能硬着头皮去顶,如果扛过来了,就出师了。”孙岳说,“你成长得越快越让你干,能干两个项目决不让干一个。”
下篇:我们的征途是星辰大海
年轻,不是航天“少帅”们值得自豪的资本,梦想才是。生命的厚度,因梦想而丰盈。底蕴的厚度,决定了未来的高度。
恰如只有一个面的莫乌比斯环,严慎细致的踏实稳重与天马行空的创意飞扬,看似不可兼得的特性,在“少帅”身上得到了神奇的统一。
从罚款3000元到0.97的可靠性
2006年,凭借“系统级冗余架构”,孙岳荣获部委级科技进步二等奖,可他却高兴不起来。
话还得从此前的首飞说起,采用该技术的“长三甲”火箭到了首飞前的最后一环。
离发射只剩3天,在最后一次演练中,孙岳突然发现新设计的单机里有一个数据不对。
“本来进靶场时自我感觉良好,历经3年没日没夜地攻关,自信满满,但偏偏在交卷时才发现有道大题做错了。”孙岳回忆道。
发现缺陷后,孙岳心情沉痛,只得向各级领导汇报,“不大的问题,一下捅到天了”。
缺陷很小,解决迅速,火箭成功发射。但孙岳作为责任人,被罚款3000元,其领导也连带被罚。
3000元,相当于孙岳当时的月工资,这是他工作11年来唯一一次被罚,“到现在我都不能饶恕自己”。
“长三甲”系列火箭的可靠性已达到0.97,即100次里有3次失败的可能性。从业11年来所经历的41次该系列火箭全部发射成功,但孙岳清醒地意识到:“随着咱成功次数的增多,实际上失败的风险也越来越大。”
如何提高可靠性?“冗余技术”是孙岳团队的杀手锏,“就是给关键部件作备份”。“系统级冗余架构”是国内首创,技术跨越大,实现了40%的更新率,“换的全是核心产品,好比是胳膊腿没变,心脏换了”。在此基础上延续的“双激光惯组冗余技术”,于2011年实现首飞,“将来发射嫦娥三号,也用这技术”。
控制系统的可靠度系数在“长三甲”系列火箭所有分系统中是最高的,从2004年的0.948提高到2011年的0.977,冗余技术功效显著。
但小数点的后3位,每提高1位,都得付出很大代价。2005年,在研发三冗余产品时,为了找到一个数据出错的原因,孙岳团队先后投入十几个人,经过了“非常痛苦的40天”。最终发现,事因三套CPU在采样时未能同步,“只差3微秒”。
技术民主
“少帅”们心很细,细得像针眼,“少帅”们肚量很大,大到能撑船,因为他们的成长受益于宽松、自由、平等的“技术民主”氛围。
2002年3月26日凌晨,北京飞控中心。当科研人员专注于神舟三号环绕地球的第三圈飞行时,意外发生了。数管遥测数据丢帧、乱码,无法进行拼帧处理。紧接着喀什、卡拉奇等测控站,远望四号相继出现了同样的异常现象。
所有计算机终端和大屏幕上都在不断跳跃着乱码,整个陆海基测控网成了半瘫痪状态。而按计划,飞船进入第五圈飞行时,就要由飞控中心实施对飞船的变轨。
告急!
早在首飞试验,时年27岁的李剑就成为任务飞控组最年轻的专家。年轻就该敢担当,他顶住压力,力排众议,大胆地向一些权威专家提出了相反的意见。老专家同意了他的方案,问题迎刃而解。2010年,不到40岁的李剑被提为副总工程师。
“少帅”们将“技术民主”视作团队的核心竞争力来光大。于是,在老专家面前,青年航天人一点都不“胆怯”。
34岁的李聃是中国航天科技集团公司一院一部11室副主任,在他的团队中,除了他,其他人参加工作都不超过3年,“我才不让他们叫我主任,都直接叫我外号。”李聃说,“我们团队的年轻人就很敢于发表言论。我一贯主张大家来说话,不管对错。因为技术问题,我也没少和总设计师争辩。”
希望工作生活两不误
工作量大是航天人绕不开的现状。孙岳,这个身高1.87米的北京小伙,曾经的所篮球队主力,却因为“干起活来什么都忘了”,所有爱好都没了,偶尔投个篮也是“三不沾”。
“少帅”自然有年轻人的新思维。
“不希望媒体过多宣传我们航天人抛家舍业一心工作,我更希望我的团队能快快乐乐地工作,工作生活两不误。”一脸阳光的孙岳说。
“长三甲”系列火箭发射密集,李聃团队全年在靶场多达250多天。“我心态好,就跟媳妇说,我又去那边度假了,其实在靶场的压力更大。”他说。
自驾游、聚餐、看电影,李聃想出多种形式的活动组织团队放松。今年5月,李聃团队从西昌卫星发射基地专程回到城里,奔波两小时只为了看电影《赛德克巴莱》。如果你知道李聃狂热球迷的那一面,就不会惊讶于他的乐天,2010年世界杯时,哪怕加班到夜里11点,他也会开车到20公里外的三里屯看球。
“我们部门足球队每周末都踢一场比赛,虽然大伙儿总有这样那样的班得加,人老来不齐,可坚持下来,不就给大伙留个念想吗?累归累,我们干得舒心,在团队里,我们首先是好朋友,其次才是同事。”李聃说。
干新型号最有激情
2003年,杨虎军担任副主任设计师;2005年,他晋级为主任设计师;2006年,时年32岁的他被提为副总设计师。
2005年,历经6年攻关,杨虎军领衔的新型号首飞成功后,他却放弃了一条平坦的路,投身于另一个新型号的研发,漫长的攻关迄今已进行到第7年。这就是为实现载人登月、建造空间站而准备的新一代运载火箭——长征五号。
“我问团队里的年轻人,愿意干成熟型号还是新型号?很多人的答案是,还是干新型号最有激情。”杨虎军对记者说。
新,一字道尽新一代航天人。
5月22日,由美民企Space X研制的“龙”飞船搭乘“猎鹰9号”火箭升空,作为人类首次发射的商业运输飞船,其成功向国际空间站运输物资,开启了商业太空探索的新时代。
李聃在该公司官网发现,其研制的“猎鹰9号”火箭所列的全球竞争对手中,中国只有“长三乙”一个型号名列其中,他为自己的型号获得国外顶尖同行的认可而自豪。
“我们这代航天人具有新思维,心态更开放。”李聃认为,中国航天人应该更大胆地“走出去”,迈出跟国外宇航公司接触、及时跟踪国外动态等步伐,为最终能够拿到国外的火箭发射订单而努力。通过与西方同行的交流,李聃收获最大的是了解了国际通行做法和规范的系统操作,“老一辈被西方封锁这么多年,我们只有走出去,与国际接轨,才能最终赶超西方。”
7月1日,神舟九号返回舱开舱,随天宫一号遨游太空273天的“时间芯片”被取出。这件由中国青年报社提交的搭载物,装着100件最具前瞻性的创想,选自全球15万封18岁青年写给未来的信。它将在2038年9月23日首次开启。
写于2010年的这么一件作品畅想道:“28年后,航空器已成正常交通、休闲工具,可方便地实现太空遨游。”
2038年,当中国实现了载人登月,甚至往返火星,彼时的“少帅”会产生出什么样的梦想?
这个惊喜,我们等着下一代航天“少帅”创造。