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《中國青年報》深藏功與名:就是要破解卡脖子技術
發布時間:2019 年06月03 日 來源:四部

這群為航天器“畫像”的年輕人從未去過發射現場

深藏功與名:就是要破解卡脖子技術

中國青年報·中青在線記者 邱晨輝  來源:中國青年報 ?。?nbsp;2019年06月03日   08 版)

  30歲的張磊是中國航天科工四院四部一名副主任設計師,每當他講起自己的職業,外人都很難相信:在過去7年的職業生涯里,他從未到過發射現場,也從未在那里感受過航天器沖破蒼穹的發射瞬間。

  “所以,你究竟是做什么的?”他不止一次地被問道。

  并非所有的航天人都沖鋒在發射一線:有的長年伏案實驗桌前計算火箭飛行軌跡,有的還要奔走各個試驗現場驗證理論數據。張磊就是后一類人:計算并設計出一個擁有怎樣的外形才能飛得更遠、飛得更準的航天器。換句話說,他就是給包括火箭在內的航天器“畫像”的人。

  每個航天人心中都有一個飛越高山、劃破蒼穹、破解黑洞的夢想,送達數萬公里的高度,定格萬億次的計算。而張磊所在的氣動研究團隊的夢想,則是用力與熱的結合,親手“畫下”火箭的樣子,計算出每一個航天器的飛行軌跡,并把它們送上太空——盡管在那最受矚目的一刻,深藏功與名的他們從未出現在現場。

  前不久,在中國青年報·中青在線記者采訪期間,這支由22人組成、平均年齡不到33歲的科研團隊,剛剛歷經5年啃下一塊被稱作世界級工程應用難題的“硬骨頭”。在此之前的2018年,他們在一年之內就組織實施了20多項試驗,刷新了年度氣動試驗數量紀錄。他們創新試驗方法,還為所在研究單位節省上千萬元的科研費用。

  而這一切,都源于他們手中的科研“畫筆”。

  “畫筆”決定產品預研成敗

  “別人看到一艘宇宙飛船,一架航天飛機,一枚運載火箭,一顆人造衛星,往往更關注它們的外觀和性能,而在我們的腦海里,浮現的則是這些航天器外觀設計運動過程的直觀投影?!敝袊教炜乒に脑核牟繗鈩铀畡邮腋敝魅胃咛f。

  在別人看來,也許親眼看到自己研制的航天器發射成功讓人激動不已,但對這群氣動專業人而言,航天器發射的那一瞬間,不過是按照他們的設定,“重復”此前早已仿真過千百次的飛行畫面,而最終的成功,則是對他們前期得出數據的最好檢驗。

  事實上,即便放眼國際航天史,航天器的設計問題都不可小覷。因為設計問題而發生的事故,也讓整個航天史多了幾分令人唏噓的悲壯。

  比如,還未起飛就在發射臺上失火的阿波羅1號。

  那次事故造成3名航天員喪命。事后調查發現,阿波羅1號艙門向內開啟的設計,導致火災發生時,宇航員在艙內氣壓升高的情況下沒能打開艙門。

  此外,阿波羅1號艙內裝載的“空氣”也是百分之百純氧氣,在這種環境下,即便是鋁,也會像木頭般燃燒——火災的出現也就不令人奇怪了。這次事故的發生,最終迫使美國國家航空航天局暫停了與蘇聯的太空競賽。

  也因此,在任何一個航天器的研制尤其是預先研制階段,有關外形氣動設計的研究都備受重視,其研究經費往往能達到預研經費的30%乃至50%以上。

  正如中國航天科工四院四部氣動水動室主任李艷麗所說,氣動研究,就是航天器研制的先行軍——這一研究描繪了航天器全生命周期的生存環境和穿衣指數,為其他分系統的設計提供了最原始依據。

  相應地,這一研究的成敗,在很大程度上決定著整個預先研究任務的成功,甚至決定著某個產品最終能否成行。

  10多年前,當高太元剛到中科院力學所攻讀博士研究生時,他被研究所一樓大廳陳列的30多位院士的照片深深地震撼了。畢業時,有機會選擇其他行業的他,最終還是選擇了航天,“保家衛國是我的初衷,雖然不能像戰士一樣沖鋒陷陣,但我們能創造出‘不戰而屈人之兵’的力量?!?/span>

  “誰不向往安逸的生活,但總想日子過得更有意義。就像身邊的很多女同事‘不愛紅妝愛武裝’,投身航天器設計這門‘冷科學’之中,同樣可以干得投入!”高太元說。

  破解卡脖子問題省下千萬元量級經費

  工欲善其事,必先利其器。過去這幾年,高太元所在的這支科研團隊不斷思考著一個大問題,即如何在最短的時間里,將“幾何參數”變為“氣動參數”。最終,他們經過幾年努力,以一鍵式智能優化設計為方向,建成了高性能計算中心。

  以前,他們只能通過風洞試驗來獲取“氣動參數”,如今,高性能計算中心的出現,可以替代風洞試驗獲取80%~90%氣動數據,每年省下千萬元量級的成本。

  “就好比設計一輛自行車,先確定自行車各個部件的數據,再根據這些數據在繪圖軟件上進行手動繪畫,諸如鋼條、鏈條、齒輪、螺母等這些小部件都要精確無誤。如此一來,一個自行車模型的設計,很可能就需要畫個上千筆,如果需設計多個外形供最終挑選,就要耗費難以想象的時間和人力?!崩钇G麗說。

  而如今,采用了一鍵式智能優化設計,則是在確定部件形狀尺寸之后,將得到的數據輸入事先設計好的參數化程序,只需按下按鈕,所需設計模型即可生成。

  從此,老一輩航天設計師“用算盤計算氣動參數、十多個人一算就是一個月”的科研場景,成為歷史。

  “我們的創新就是要從國家需求出發,關注受制于人的技術領域,解決技術瓶頸關鍵問題。也正是在這個意識下我們提出大量新概念,敢為天下先?!敝袊教炜乒に脑核牟恐魅午娛烙抡f。

  李艷麗告訴記者,她所在的四部以氣動專業等技術瓶頸為突破口,逐步形成了基于大數據的航天器總體設計創新模式,提升了總體設計方案初始的成熟度和可靠性,迭代設計周期大幅縮短。而這些,也最終形成了面向航天器全生命周期的應用模式,有力支撐了裝備的體系化發展。

  高太元說,他的日常工作就是和“升阻比”“裝填”“穩定性”“防熱”“載荷”這些所謂的航天器設計制約因素打交道,“而最有成就感的事,就是將這些制約設計的‘攔路虎’都打倒,破解卡脖子難題,做出方案來?!?/span>

  滿天星云正撲面而來

  而這些,在很大程度上得益于這家科研單位對于年輕科技人才的重視。中國航天科工四院四部黨委書記張邵軍告訴記者,在四院四部,只要肯拼搏進取,只要能創新創效,單個項目團隊獲獎50萬元、100萬元,個人拿到十幾萬元甚至幾十萬元的獎勵早已不是新鮮事,突出貢獻專家和學術技術帶頭人不斷涌現。

  張磊就是其中一名佼佼者?;貞泟倎砗教斓哪嵌螝q月,無數個通宵達旦已經印象模糊,但師傅對他的“嘮叨”至今仍回響在耳邊:“臺階要一步步地爬,事情要一件件地做”,這樣的工作態度伴隨他直到現在。

  “站在‘山頂’回望最初那段歲月,所有的‘臺階’歷歷在目,攀爬的過程正是一個氣動新人成長的見證?!睆埨谡f。

  賈軼楠是一名航天新兵,這位清華大學力學專業高材生擇業時,毫不猶豫地邁進中國航天科工四院四部的大門。她告訴記者,氣動(水動)團隊年輕積極的氛圍打動了她,這里有活力,有創造力,很溫暖,關注每一個成員的成長。

  “很多入職五六年的青年已成為中流砥柱,看到他們,就像看到五六年以后的自己?!辟Z軼楠說。

  在鐘世勇看來,“當下是年輕航天人最好的時代”。

  他向記者打了個比方,如果把國家任務、航天事業的發展比作一個航天器,那么在他的青年時代,航天器的飛行速度很慢,迎面而來的只是寥寥星辰;而如今,航天器的速度則有了質的飛躍,那種情景就是——浩瀚宇宙中的滿天星云,撲面而來!

  “這當然要求年輕人擁有更快的反應速度,不能猶豫!”

  張邵軍說,航天人極少在新聞報道中露面,他們默默地付出隱藏在歷史的更深處,中國航天科工四院四部氣動研究團隊在這一方面尤為典型?!拔覀兦宄约涸诟墒裁?,國家認可我們在干什么,人民受益于我們的工作,這就足夠了”。

  阿波羅1號事故發生后,美國國家航空航天局對該產品做了重新設計,結果就包括艙門的“再設計”:由向內開啟,改為向外開啟。后來美國人拍了一部電影《阿波羅13號》,還專門提到這次事故。

  對李艷麗及其團隊來說,他們常常以這樣的例子來提醒自己:“我們自己親手畫下的、親手設計的航天器,還有沒有可能出現問題?”

  就像他們常常問自己的:“萬分之三與萬分之四,小數點后第五位的四舍五入,對整個產品任務方案究竟能帶來什么影響?”

  ——失之毫厘,謬以千里。

中國青年報·中青在線記者 邱晨輝 來源:中國青年報

2019年06月03日 08 版

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