中國空間站全面建成專題報道
空間站，開始了
“一橫一豎”，十年的苦功。空間站建成，說明我們的系統(tǒng)工程實踐向前跨了一大步，這是我最引以為榮的。大家都很開心，我也是，但感受還不太一樣。這是新的開始，我們要做的事還有很多，好戲在后頭。我很期待這座由中國人設(shè)計并主導(dǎo)、向世界開放的空間站，在運營中充分體現(xiàn)載人航天的價值。
是目標(biāo)，也是開始
“未來它會像一個工業(yè)區(qū)，不僅工程師、科學(xué)家能來，外面的企業(yè)、機構(gòu)也可以?！?/font>
《載人空間站工程實施方案》2010年獲批，載人航天“三步走”戰(zhàn)略中的“第三步”拉開序幕，也就是神舟八號飛船發(fā)射的前一年。在那之前，“第二步”的飛行任務(wù)主要是在做突破性、驗證性工作。像航天員出艙，是證明人具備在天上工作的能力，因為空間站需要航天員長期駐留。而空間站的組裝、建造和長期飛行，又要靠交會對接來實現(xiàn)，先得把多個艙段拼成整體。這是建造空間站前要掌握的兩個“大技術(shù)”。再往前，“第一步”更是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，保證人在天上能生存，能安全返回。“第一步”和“第二步”都是在為“第三步”做驗證和鋪墊。
所以從廣義上講，建造空間站的時間跨度遠(yuǎn)不止這12年。我們的副總設(shè)計師劉剛過去30年都在干載人航天，從分系統(tǒng)崗位干到總體崗位。這種“老資歷”對團隊的幫助是很大的。我2003年才進入航天科技集團五院工作，第一個從頭到尾參與研制的項目就是交會對接（神舟八號）任務(wù)。
考慮到空間站要長期運營，我們從一開始就要照著“可更新、可擴展、可開放”的目標(biāo)來設(shè)計它。其實我們有3座空間站。按照工程總體賦予的任務(wù)，五院成立載人航天器運營支持中心（八院成立分中心），里面有一座與天上空間站1:1鏡像的數(shù)字空間站，可以進行仿真驗證、數(shù)字推演。還有一座測試用的電性空間站，軟硬件和天上的一模一樣，由三艙的初樣產(chǎn)品改造而成，能和天上航天員視頻連線并同步模擬系統(tǒng)工作與在軌活動。堅持“1+1=1”設(shè)計理念的空間站作為一個可更新、可擴展、可開放的系統(tǒng)，運營起來一定是動態(tài)的，所以我們非常需要這種天地協(xié)同。
以后，站上的硬件設(shè)備壞了能修，到壽命了能換。軟件也沒問題，信息技術(shù)發(fā)展日新月異，天地同步更新不在話下。許多人關(guān)心空間站會如何擴展。“T”字基本構(gòu)型建成后，可以在前向?qū)有屡摱涡纬伞笆弊謽?gòu)型，新艙段上帶有節(jié)點艙，增加4個對接口和1個出艙口，既可以為巡天望遠(yuǎn)鏡這一級別的航天器進行補給、維護、服務(wù)保障，還可以對接艙段級的“大塊頭”科學(xué)載荷?，F(xiàn)在我們送上天的實驗項目都是基于機柜一級的載荷，量級小。像柔性充氣艙這種艙段級的實驗項目，就需要有專門的對接口和足夠的資源來保障。值得期待的還有很多，新一代可重復(fù)使用的載人飛船服役后，一次可以運6~7個人到空間站，還可以帶很多東西回來。
不管是“十”字還是“干”字構(gòu)型，想象空間巨大，與帶人工重力的航天器甚至另外一個空間站對接在理論上也是可行的。有了這種擴展能力，開放合作就可以上升到更高的層次。目前空間站上的國際合作還停留在外國來做實驗階段，有了新的對接口后，國外的飛船或艙段可以過來，空間站的功能就擴展了。大家還可以聯(lián)合研制新技術(shù)，比如我們的國外同行正在研究新一代對接機構(gòu)，如果用中國空間站作為試驗驗證平臺，雙方會有很多交流和收獲，這些都可以算進空間站費效比的賬里。未來它會像一個工業(yè)區(qū)，不僅工程師、科學(xué)家能來，外面的企業(yè)、機構(gòu)也可以。我們把水電氣網(wǎng)這些資源保障好，“廠房”和設(shè)備一應(yīng)俱全，大家可以開展深層次項目合作。
現(xiàn)在空間站上資源有限，主要還是用來保障整個平臺可靠、安全、長壽命運行。我們正在開展第四個艙段的方案論證和先期設(shè)計，以后會將更多精力用在為航天員提供更多活動空間、增加人性化設(shè)計、提升用戶體驗上。比如，儀器儀表還可以設(shè)計得更有科技美感和更適于隨身穿戴。再比如，操縱桿為什么不能更符合人體工學(xué)、功能更強大點呢？總之，資源夠了，發(fā)揮的空間就大了。
“未知”和“已知”
“‘已知’和‘未知’是天壤之別。但我們造空間站，光有定性的‘已知’還不足以真正解決工程問題，得足夠準(zhǔn)確地量化‘已知’才行?！?/font>
空間站的好戲還在后頭，我們過去所做的一切就是盡可能把基礎(chǔ)打牢，把平臺、結(jié)構(gòu)、能源、信息、控制、生命保障等功能做到令人放心，同時又賦予其足夠的擴展能力和適應(yīng)能力。
要做到令人放心并不容易，在這個過程中遇到了不少問題，講兩類有代表性的。
第一類跟長壽命長周期長時間有關(guān)。一些材料在載人航天一期、二期工程中表現(xiàn)很好，卻在三期工程研制中出問題。這跟我們對材料特性的了解、對關(guān)鍵風(fēng)險點的識別不夠有關(guān)系，導(dǎo)致做長壽命試驗時未能抵近極限。還有工藝的問題。我們在小尺寸材料上做防原子氧的處置可以做得很漂亮，有很多新方法新技術(shù)，在某些大尺寸材料上做就有瑕疵。另外，對一些成熟工藝做了改進，帶來的蝴蝶效應(yīng)要很長時間才顯現(xiàn)。
第二類問題的源頭是地面沒法完全真實地模擬某些空間環(huán)境。誰都知道要用好地面仿真手段，可對仿真對象的了解不夠深，模型就做不準(zhǔn)。我們自認(rèn)為地面驗證情況已經(jīng)與微重力環(huán)境比較近似了。例如液體收集管理，我們在試驗中關(guān)注收集率，比如說達到了99%，指標(biāo)很好了，但這個結(jié)果很可能是在地面重力的幫忙下達到的。實際在天上即使達到了98%，好像與地面試驗只差1%，但殘留量就多了一倍。殘留的總量不大，日積月累也會給我們帶來麻煩。
“已知”和“未知”是天壤之別。但我們造空間站，光有定性的“已知”還不足以真正解決工程問題，得足夠準(zhǔn)確地量化“已知”才行。航天人老講“識別關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)”，這些攻關(guān)最大的特點或者難點就在于你不光要攻技術(shù)原理，還得把工程實現(xiàn)的全過程走通，把每個產(chǎn)品都做到家，把各種狀態(tài)都摸透，最后有一套手段“控制住”。
是不是很難？這就是我們每天經(jīng)歷的，也是工程從構(gòu)想、藍(lán)圖到最終實現(xiàn)所必需的。
從識別“未知”到量化“已知”，我們主要還是通過各種分析驗證，做一些有針對性的地面試驗。來自天上的數(shù)據(jù)反饋能助上一臂之力，甚至直接決定了我們的成敗。
實驗艙上碩大的太陽翼可以像大風(fēng)車一樣360°轉(zhuǎn)動，看上去很酷，給它做試驗就經(jīng)歷了這么一個過程。
這個太陽翼尺寸特別大，單側(cè)長27米，展開面積138平方米，它在天上展開后會怎么振動是未知的。
太陽翼連同伸展機構(gòu)那么大一片，在地面展開的話，沒辦法做1：1的動力學(xué)特性驗證，我們最大的真空罐也就能放下實驗艙（不到20米高）。我們只能從局部入手，對伸展機構(gòu)做單獨的動力學(xué)特性驗證，再通過仿真、數(shù)值補償?shù)绒k法去推出完整的動力學(xué)特性，但總是不放心。
這時候天上的核心艙就起作用了。艙上帶了一套辨識系統(tǒng)，通過監(jiān)測核心艙太陽翼在天上的振動、擾動，測出振動頻率。
“正問題”是知道振動頻率，去預(yù)測怎么振動?，F(xiàn)在是在天上看怎么振動，再反推出振動頻率，研究它的動力學(xué)特性。我們把這叫“反問題”，通過表征反推本質(zhì)。
有了核心艙的數(shù)據(jù)反饋，眼見為實了，我們在實驗艙上天前把它的太陽翼控制參數(shù)、仿真模型參數(shù)都修正了一遍，心里才踏實。
“T”字構(gòu)型是設(shè)計出的最優(yōu)解
“它是‘設(shè)計’出來的最優(yōu)解，凝聚了我們在特定約束條件下創(chuàng)造最大價值的智慧。”
從2010年空間站立項開始，先后有十幾種構(gòu)型布局方案擺在桌面上。
太多了，大家花了一兩年討論這個事。首先構(gòu)型必須有理有據(jù)，既要考慮到每個方案的優(yōu)勢，又要跟實際的工程能力結(jié)合，還不能太保守——全用現(xiàn)成的技術(shù)，等建好就落伍了。之所以討論那么久，因為它從根兒上決定了空間站功能性能的天花板。
一般來說，航天器構(gòu)型要滿足三大原則：適配天地環(huán)境，滿足功能性能要求，保障重要設(shè)備在軌工作。空間站作為一個多艙段航天器組合體，特有的建造方式又讓三大原則更復(fù)雜。
舉個例子，有些設(shè)備在單艙段單飛時表現(xiàn)完美，但進入組合體狀態(tài)后就很受影響。像蘇聯(lián)和平號空間站組合體的太陽帆板因為相互遮擋，一共損失了40%的發(fā)電能力。我們當(dāng)時也面臨抉擇。選“T”字構(gòu)型，是為了獲得最大發(fā)電效率，可以在“T”字一橫的兩頭采用雙自由度太陽翼，但當(dāng)時我們并不掌握這項技術(shù)，這是要下很大決心的。不選雙自由度方案，就得多布幾個單自由度的太陽翼并保證都曬到太陽，發(fā)電能力才夠用。布在哪、怎么布，這勢必又會反過來影響到構(gòu)型方案。
“T”字構(gòu)型在對稱關(guān)系中保持著前、后、下三向?qū)拥哪芰?。后向?qū)迂涍\飛船，空間站可以直接用貨運飛船發(fā)動機進行軌道機動；前向、徑向兩個對接口可以接納兩艘載人飛船實現(xiàn)輪換，而且兩個對接口都在軌道平面內(nèi)，飛船可以在軌道面內(nèi)沿飛行方向和沿軌道半徑方向直接對接，無需對接后再轉(zhuǎn)位。簡潔不僅是美的，更是安全的。
最后我們選了“T”字構(gòu)型，它是“設(shè)計”出來的最優(yōu)解，凝聚了我們在特定約束條件下創(chuàng)造最大價值的智慧。
“T”字構(gòu)型不是“完成時”，而是“進行時”。所以在方案論證階段，我們就要做大量的前瞻性規(guī)劃，確保在10年后、15年后這個空間站還是相當(dāng)靠譜的。整個航天科技集團、全國航天領(lǐng)域的專家都在幫我們做這件事，盡可能避免走到半路才發(fā)現(xiàn)自己跟不上趨勢；也不能一下把目標(biāo)定太高，最后死活實現(xiàn)不了。曾經(jīng)有一些局部方案走到半路往后退，但總體來說我們對技術(shù)的把握還是相當(dāng)?shù)轿坏模瑳]有出現(xiàn)大的偏差。
系統(tǒng)工程與團隊協(xié)作
“最后每個人想的都是傾盡所有去成全整個大系統(tǒng)?！?/font>
空間站的設(shè)計空前復(fù)雜，系統(tǒng)多、接口多、狀態(tài)多，組織體系和設(shè)計體系比較特殊。五院和八院都分別抓總研制了實驗艙段，艙段上各分系統(tǒng)由眾多不同單位負(fù)責(zé)。每一個艙段的研制難度超過了很多航天器，自身是一個獨立系統(tǒng)，又要融入到整個大系統(tǒng)里，所以協(xié)調(diào)、均衡和優(yōu)化工作特別多。我的腦子里時刻都在想各系統(tǒng)之間相互會產(chǎn)生什么影響。要做“系統(tǒng)決策”，就得從空間站大系統(tǒng)的視角來看問題，而不是站在某一方立場上。
在我們這個團隊里，不管哪個崗位，哪怕就是做些很瑣碎事情的人，遇到多少麻煩、受到什么樣的環(huán)境影響，都是反反復(fù)復(fù)地磨。10多年了，大家一路這么走過來，對這個事業(yè)是有感情有期待的。
團隊的大局觀和協(xié)作精神很了不起。做一次對接轉(zhuǎn)位試驗，十幾家單位的人都得搬著設(shè)備趕去上海，而到了AIT階段全系統(tǒng)的隊伍都集中到天津，大家都非常配合。各單位聯(lián)合設(shè)計時，所有人都非常坦誠——“我的性能是什么，我的參數(shù)是什么”，最后把模型交給總體單位。為了同一個期待，大家都毫無保留地貢獻自己。
實驗艙太陽翼采用二次展開方案，先展開6米多，發(fā)電量夠用，只為給控制系統(tǒng)創(chuàng)造好的條件，保證對接精度。對接成功后，太陽翼再全部展開。
你說太陽翼的研制方拿到這個方案能不犯難嗎，結(jié)構(gòu)機構(gòu)的復(fù)雜性要增加、重量要增加、可靠性受影響……但最后每個人想的都是傾盡所有去成全整個大系統(tǒng)。
總體也要通盤考慮做取舍，不能片面追求個別指標(biāo)導(dǎo)致某個方向技術(shù)難度過大，甚至對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。比如在太陽翼方案上，總體綜合了功耗需求和各方情況，通過余量共享來降低對發(fā)電能力的要求，進而減小了帆板尺寸。
空間站系統(tǒng)與載人飛船系統(tǒng)、貨運飛船系統(tǒng)、長征五號B運載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)和測控系統(tǒng)等的協(xié)作配合也是如此。有些技術(shù)飛船系統(tǒng)已經(jīng)用了很久，非常成熟了，要改的話波及面很廣，但空間站是新研制的，可以去適應(yīng)，麻煩一次沒什么。此外，我們也希望火箭發(fā)射重量越大越好，箭艙分離時的沖擊力越小越好，但火箭可靠性要求擺在那兒，雙方就都努努力，各自優(yōu)化改進設(shè)計，合作愉快。
空間站艙段發(fā)射對入軌精度要求高，發(fā)射窗口有限制，發(fā)射場和火箭系統(tǒng)也一直在給我們創(chuàng)造好的交會對接條件，測控系統(tǒng)不斷加強和優(yōu)化陸海天基測控資源。航天是“千人一枚箭、萬人一桿槍”的事業(yè)，沒這精神，這么多人、單位、系統(tǒng)就捏不到一起。
面對內(nèi)外接口和協(xié)同方面的問題，團隊里難免出現(xiàn)焦慮和不理解的情緒。我作為總指揮，更愿意從技術(shù)角度與自己的團隊溝通，并引導(dǎo)他們也從技術(shù)角度與外系統(tǒng)溝通。技術(shù)是客觀的，也是最好的調(diào)和劑，大家一起冷靜找出問題所在、分析問題影響，情緒就慢慢化解了。
發(fā)“載人箭”看似容易 其實不易
已是春和景明，而大漠深處的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心還略有涼意。長二F遙15發(fā)射時的興奮猶在昨日，一轉(zhuǎn)眼我們即將迎來遙16的啟程。時間在火箭人的眼中，是一次又一次的騰飛。希望這一次的任務(wù)，長二F再次交出滿意的答卷。我們的無悔付出，就是為了那句重如千鈞的承諾：有我們，請放心！
使命——載人航天，人命關(guān)天
“一看到航天員從大屏上出現(xiàn)，從火箭整流罩進入到飛船里，我一下子就緊張得不知所措。”
為了滿足空間交會對接任務(wù)的需求，2004年工程總體決定開始研制改進型長二F火箭。2006年，我進入航天科技集團一院工作后，很快就加入了改進型長二F火箭研制隊伍，開始從事故障檢測和逃逸系統(tǒng)的總體設(shè)計工作。
這枚火箭是現(xiàn)在我國唯一的一枚在役載人運載火箭。和其他火箭相比，故障檢測和逃逸系統(tǒng)是該火箭“專屬”，因而也比較小眾。我當(dāng)時對這個領(lǐng)域一頭霧水，因此花了大量時間和精力去請教前輩。荊木春、張智從1992年載人航天工程立項起就參與了載人火箭的研制工作，恰好他們兩位也從事過故障檢測和逃逸系統(tǒng)領(lǐng)域相關(guān)工作，于是順理成章成了我經(jīng)常請教的對象。
有了前輩們的悉心講解和耐心引路，我對負(fù)責(zé)的工作游刃有余，并開始涉足型號總體工作，即對首飛前質(zhì)量措施進行確認(rèn)。從那時起，我就開始全面了解我國載人火箭的質(zhì)量管理體系以及獨有的“加嚴(yán)措施”，并逐漸接受載人火箭對質(zhì)量最高標(biāo)準(zhǔn)、最嚴(yán)要求的理念。
天宮一號、神舟八號飛行是我人生中第一次去發(fā)射場執(zhí)行任務(wù)，但“真是一點兒都不緊張”。執(zhí)行空間實驗室任務(wù)開始使用的改進型長二F火箭發(fā)生了較大的技術(shù)變化，相當(dāng)于一枚全新的火箭，因此安排了執(zhí)行天宮一號、神舟八號飛行。因為這兩次任務(wù)是改進型長二F火箭的首飛，并沒有載人。
但是到了神舟九號任務(wù)時，我本以為和前兩次任務(wù)相比，自己會更加熟練和游刃有余，但是沒想到一看到航天員從大屏上出現(xiàn)，從火箭整流罩進入到飛船里，我一下子就緊張得不知所措。
此刻，前輩們經(jīng)常掛在嘴邊的“載人航天，人命關(guān)天”在腦子里盤旋。一看到航天員，我就明白了載人火箭的使命和責(zé)任：航天員把生命交給你了！
在載人火箭的隊伍里，很多設(shè)計師都會分享一個細(xì)節(jié)：在火箭點火前3小時，各個系統(tǒng)的主要人員都要去塔架上查看火箭的最后狀態(tài)，但這個時間恰好也是航天員登塔上箭進艙的時刻，很多人都能遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看到航天員上了電梯。然而就是“這一眼”，就和平常在電視上看到航天員的場景完全不一樣，那種觸動讓人非?？坦倾懶?。
一直到現(xiàn)在，載人火箭隊伍里還有一個特殊的工作程序：學(xué)習(xí)崗。所有執(zhí)行長二F火箭發(fā)射任務(wù)的同志都要提前在上一發(fā)任務(wù)中“實習(xí)”，這種堅持，不僅是為了熟悉操作流程，更是為了在實際操作中感受“載人任務(wù)”的特殊使命。
可靠——不因善小而不為，不遺余力改進完善
“每次任務(wù)都如此，雖然很麻煩，但是只要有利于火箭減少薄弱環(huán)節(jié)和風(fēng)險隱患的，隊伍都會不遺余力地去做?！?/font>
2021年年初，當(dāng)時我是重型運載火箭的副總師，正帶領(lǐng)團隊對重型運載火箭進行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。一紙任命把我調(diào)整到了長二F總師的位置上。載人航天，使命光榮，責(zé)任也是如山的。我和團隊就一個任務(wù)：安全、可靠地送航天員上太空。這是團隊對航天員的承諾，也是團隊最大的責(zé)任。
此時執(zhí)行神舟十二號飛船的長二F遙12、遙13火箭已經(jīng)到了“臨出廠”的階段，我開始快速了解、熟悉火箭的研制情況和出廠狀態(tài)。當(dāng)我了解兩發(fā)火箭的技術(shù)狀態(tài)時，最大的感受就是變化數(shù)量多，而且變化很細(xì)微。相對之前2016年飛行的最新成功子樣遙11而言，有上百項技術(shù)狀態(tài)變化，有很多類似增加力矩的措施也統(tǒng)計在內(nèi)。這說明載人火箭的技術(shù)狀態(tài)管控之嚴(yán)格，不管多么細(xì)小的改變，都會當(dāng)作技術(shù)狀態(tài)變化去分析和驗證。載人火箭的技術(shù)狀態(tài)管控要經(jīng)過嚴(yán)格地審批，手續(xù)非常繁瑣。但是，隊伍改進的決心很大，上百項狀態(tài)改進里有百分之七十以上與提高可靠性和安全性相關(guān)。
高可靠、高安全是載人火箭最本質(zhì)的特征，可靠性安全性工作一直都是載人火箭隊伍的核心工作。通過30年持續(xù)不斷的努力，載人火箭不僅實現(xiàn)了從研制之初提出的0.97的遙不可及的可靠性指標(biāo)，而且現(xiàn)在的可靠性評估值已經(jīng)接近0.99。不因善小而不為，雖然改動很細(xì)小，但是可靠性、安全性正是通過點滴工作累積起來的。
進入空間站建造階段以來，工程總體對火箭提出了一個要求：為了最大程度確保航天員安全，每次發(fā)射一枚載人火箭，同時要有一枚火箭在發(fā)射場“待命”?！按被鸺獬蛋嗳蝿?wù)后將轉(zhuǎn)為正式發(fā)射任務(wù)的火箭，由新的火箭接替執(zhí)行值班的任務(wù)。也就是打一備一、滾動備份的模式。這意味著出場執(zhí)行新的值班任務(wù)的火箭在奔赴發(fā)射場地時，發(fā)射場有一枚火箭將轉(zhuǎn)為執(zhí)行正式任務(wù)。這也帶來了質(zhì)量管控，特別是技術(shù)狀態(tài)管控的一個新模式?；鸺诔掷m(xù)改進，新出廠的火箭相對于以往的火箭一定會有狀態(tài)變化，這些變化既然是有利于提升可靠性安全性的，已經(jīng)在發(fā)射場準(zhǔn)備轉(zhuǎn)為執(zhí)行正式任務(wù)的火箭怎么辦？隊伍在新的火箭出廠前會逐一分析確認(rèn)這些新的狀態(tài)變化能否在馬上執(zhí)行任務(wù)的火箭上采取，能采取的全部采取，確實沒有條件要逐一進行分析。2021年下半年遙14火箭有一項小更改，是給火箭助推和芯級的捆綁連接裝置加一個防護罩進行保護。經(jīng)過討論，我們認(rèn)為要給遙13也加上。于是，安排防護罩生產(chǎn)，設(shè)計安裝方案，遙13飛行前也落實了這項更改，又增添了一份可靠。每次任務(wù)都如此，雖然很麻煩，但是只要有利于火箭減少薄弱環(huán)節(jié)和風(fēng)險隱患的，隊伍都會不遺余力地去做。
擇優(yōu)——如果還有更好的產(chǎn)品，我一定選擇更好的去飛行
“一邊是‘求穩(wěn)妥’，一邊是‘求更優(yōu)’，在二者必須做出選擇時，隊伍人員講大局、重協(xié)作，想的都是如何去解決困難。”
火箭飛行前，在發(fā)射場會做大量的測試以充分暴露隱患。在發(fā)射場，遙12火箭被發(fā)現(xiàn)了7個質(zhì)量問題，每一個問題都需要在現(xiàn)場做分析，有時候剛剛對一個問題產(chǎn)品進行拆卸、送回北京，又有一個問題冒出來了。團隊連著一個月沒有休息。
我們一直秉承這樣的理念：在發(fā)射前出現(xiàn)這些質(zhì)量問題，并不是壞事兒，對我們的工作既是警醒，也促使我們把工作做到盡善盡美。發(fā)現(xiàn)問題并徹底歸零，就是進步。對于載人火箭而言，產(chǎn)品的高可靠性是永恒的追求?！案呖煽?、高安全”的追求沒有止境，很多時候“換產(chǎn)品”都是為了讓火箭采用可靠性、安全性更高的產(chǎn)品，讓航天員的飛行更多一重保護。
因為是載人產(chǎn)品，所以對產(chǎn)品的質(zhì)量控制要求很高。產(chǎn)品進入發(fā)射場工作階段，出現(xiàn)過好幾次“質(zhì)量沒問題，但是因為不包絡(luò)”需要下箭的情況，從操作者來說，已有產(chǎn)品“下箭”到新產(chǎn)品“上箭”，毫無疑問會增加操作風(fēng)險。這幾次任務(wù)在發(fā)射場工作時，現(xiàn)場一度更換過動力系統(tǒng)蓄壓器、動力系統(tǒng)膜片、控制系統(tǒng)的慣組、伺服機構(gòu)等產(chǎn)品。每一次更換，都是“小心翼翼”，更是對載人火箭“質(zhì)量至上”理念的踐行。
在我們的團隊里，有這樣一個信條：如果更換產(chǎn)品的風(fēng)險我們能夠掌控并做到消除，如果還有更好的產(chǎn)品，我一定會選擇表現(xiàn)更好的產(chǎn)品去飛行。
讓我印象深刻的有這樣一個故事。在遙13火箭換動力系統(tǒng)蓄壓器時，為了把蓄壓器換下來，先要把前面的管路斷開以騰出空間?！斑@就像卸裝家里的水管一樣，卸了重新安裝，密封性能就可能不如之前?！贝蠹以谟懻摃r就考慮到了風(fēng)險。
第二天早上，我在食堂門口碰到了工藝調(diào)度人員。在詢問工藝人員對這個風(fēng)險的解決方案時，他們說已經(jīng)想到了風(fēng)險，而且北京有驗收過的同樣的產(chǎn)品，他們昨晚就連夜安排了，現(xiàn)在這個產(chǎn)品正在快遞來發(fā)射場的路上了。
那一瞬間，我心里滿滿都是感動。為了規(guī)避風(fēng)險，工藝人員完全有理由說“建議不更換”。兩總也會充分考慮他們的意見。然而，他們不僅沒有這樣做，反而主動去解決問題。一邊是“求穩(wěn)妥”，一邊是“求更優(yōu)”，在二者必須做出選擇時，隊伍人員講大局、重協(xié)作，想的都是如何去解決困難。體現(xiàn)了團隊“共同面對問題、共同解決問題”的工作理念。
效率——優(yōu)化流程，精細(xì)安排
“每一次發(fā)射，團隊要完成1.7發(fā)火箭當(dāng)量的準(zhǔn)備工作?！?/font>
從空間站建造任務(wù)開始，工程總體對火箭提出了應(yīng)急救援的要求。也就是說，如果航天員在太空中遇到了危險，要有一枚應(yīng)急救援火箭以最快的速度把人接回來。這對火箭團隊而言，一次任務(wù)要準(zhǔn)備兩枚火箭的總裝和測試工作?！罢交鸺焙汀皞浞莼鸺备魉酒渎?，按照各自的流程準(zhǔn)備相應(yīng)工作。不僅如此，還有應(yīng)急箭執(zhí)行應(yīng)急救援的流程也需要設(shè)計。好幾種流程交織，如何安排如何優(yōu)化，是空間站建造任務(wù)面臨的特殊需求。因此，兩發(fā)火箭的準(zhǔn)備，折算一下，意味著每一次發(fā)射，團隊要完成1.7發(fā)火箭當(dāng)量的準(zhǔn)備工作?？臻g站建造階段，一年兩次載人發(fā)射，相對于以往平均三年一次載人發(fā)射而言，發(fā)射密度也有了很大的提高。如何對流程進行優(yōu)化，提高發(fā)射場工作效率也成為擺在隊伍面前的難題。
隊伍將火箭基礎(chǔ)級、逃逸塔、整流罩分成3條線，將兩發(fā)火箭的工作項目逐個細(xì)化分析，結(jié)合人力、資源的安排，排出了局部并行的工作流程。隊伍開展了大量的測試覆蓋性分析，優(yōu)化設(shè)置正式箭和應(yīng)急箭待命前的工作項目。通過幾次任務(wù)的積累和改進，遙12火箭出廠時給出的一次任務(wù)兩發(fā)火箭在發(fā)射場準(zhǔn)備時間為49天，遙15火箭發(fā)射場流程優(yōu)化為35天，大大提高了發(fā)射場工作效率。
應(yīng)急救援流程更是一個新事物。既要快，又要穩(wěn)，隊伍反復(fù)推演討論，給出了應(yīng)急救援的工作項目和24小時工作制的實施方案，應(yīng)急救援流程8.5天，而一發(fā)火箭正常發(fā)射流程接近一個月，如何實現(xiàn)？我們從人員交班的工作項目安排，對人員休息保障的所有信息全部進行分析，確保以人為本的預(yù)案的可實施性。
執(zhí)行——想到了就去做，全力以赴不留遺憾
“凡是想到的事，凡是別人提到的建議，都應(yīng)該全力以赴地落實。”
遙12火箭中發(fā)現(xiàn)的問題，絕大多數(shù)發(fā)生在地面設(shè)備，隨后團隊將大量的時間和精力放在完善地面設(shè)備的工作上。
在以往的操作中，地面設(shè)備檢修的方法，一般是按照“加電”的操作來檢查。到后來，團隊想到了一個更優(yōu)化的辦法。就像我們開車，我們?nèi)?S店，專業(yè)保養(yǎng)人員并不是把你的車打著了，讓車跑幾圈，來判斷你的車是否有問題。車輛保養(yǎng)是有專用的設(shè)備和方法、判據(jù)，去做一定的檢測。什么時候大修，什么時候小修，人家都是有量化標(biāo)準(zhǔn)的。
那地面設(shè)備的檢查，是不是能夠參考這個方法呢？遙12任務(wù)之后，團隊利用兩次任務(wù)的間隙，趕緊采購了專業(yè)設(shè)備，也制定了專門的定量的標(biāo)準(zhǔn)，對不同的設(shè)備進行定量的測試，這種定量的測試，能夠讓我們對地面設(shè)備的檢修更加科學(xué)、有依據(jù)，能夠?qū)λ欠駶M足要求有一個趨勢性的判斷。從遙13、遙14火箭執(zhí)行任務(wù)的情況來看，地面設(shè)備發(fā)現(xiàn)問題的數(shù)量大幅下降。
載人火箭團隊一直還在持續(xù)做的事情是“做預(yù)案”。神舟十三號任務(wù)時，需要針對其他型號發(fā)生的推進劑泄漏的質(zhì)量問題在現(xiàn)場開展舉一反三，遙13火箭加注后如何判斷？2021年10月7號晚上，大家“雙想”會開到了凌晨1點，就是討論這一項預(yù)案怎么做。
后來，大家建議在北京安排做一個試驗，看看正常狀態(tài)下推進劑加注后的形態(tài)。10月14日中午，等到長二F遙13火箭加注時，我們在現(xiàn)場等待判斷加注是否正常。因為做了試驗，把試驗視頻和現(xiàn)場視頻做了一個比對，團隊一下子就心中有數(shù)了。當(dāng)時，發(fā)射場請總師拍板。我毫不猶豫地說：沒問題，可以往下走。
事后回想起來，當(dāng)時如果沒有做那個實驗，在現(xiàn)場真挺難判斷?！邦A(yù)案，寧可做到備而不用，不能用而無備?！笔裁词虑?，只要想到了，最好的辦法就是去做。載人火箭，質(zhì)量是永恒的追求。凡是想到的事，凡是別人提到的建議，都應(yīng)該全力以赴地落實，才能不留遺憾。
乘“舟”破浪，筑夢騰飛
“我與衛(wèi)星結(jié)緣，一路同行，一干就是30年。直到2017年11月，一個工作調(diào)動的電話打來。
“馮永，回院里吧，干貨運飛船，你當(dāng)總指揮。”
我二話沒說答應(yīng)了，然后立刻給家里去了一個電話，將我要回去工作的事情告訴他們。那時，是我在深圳東方紅干的第六年。
回北京研制貨運飛船，說實話，我當(dāng)時的感受是既興奮又不舍。興奮的是，我參加工作以來，大衛(wèi)星、小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星都干過，這次要從事更大航天器的研制，而且是中國空間站建設(shè)的重大工程，挑戰(zhàn)性更大。不舍的是，微小衛(wèi)星剛剛起步，尚未形成產(chǎn)業(yè)鏈。
2018年初，我交接好手頭的工作后，回到院里（航天科技集團五院），開始全面負(fù)責(zé)貨運飛船系統(tǒng)工作。這是我第一次接觸大型航天器，甚至是為中國空間站建設(shè)提供重要支撐的航天器。剛開始，一切對我來說都是陌生的，但既然干了這事，我就要全面去了解它，打好基礎(chǔ)。
有人說，基礎(chǔ)、基礎(chǔ)，何時是了？天天打基礎(chǔ)，何時是夠？在我看來，要真正打好基礎(chǔ)，就要仔細(xì)閱讀關(guān)于貨運飛船的一切參考材料，從“薄”讀到“厚”，然后再從“厚”讀到“薄”。我剛來時，身邊的每一個人在研制大型載人航天器方面的經(jīng)驗都比我多，但我認(rèn)為基礎(chǔ)的東西一定要自己學(xué)扎實，遇到難解決的問題時要和大家共同商討，聚團隊之力解決。
因為，我不太想做一個“行政化”的總指揮。
一切從零開始，閉關(guān)只爭朝夕
“不期待每一次都站在最后的領(lǐng)獎臺上，卻為‘成功有我’而自豪?！?/font>
貨運飛船是一個嶄新的型號，所有的一切都從零開始。
2017年4月20日，我們國家的首艘貨運飛船——天舟一號順利發(fā)射成功。4月23日，天舟一號與我國首個真正意義上的空間實驗室天宮二號成功交會對接，天舟一號飛行任務(wù)取得圓滿成功標(biāo)志著我國載人航天工程第二步勝利完成，也正式宣告中國航天事業(yè)邁進“空間站時代”。
天舟一號的研制工作我并沒有參與其中，但那時候的故事我也略知一二。
貨運飛船總體研制團隊中有一群年輕人，從二十八九歲開始便和“天舟”結(jié)緣，從藍(lán)圖到首飛，伴隨“天舟”成長。
經(jīng)過6年的苦功實干，他們把天舟一號貨運飛船在方案里畫了出來、在廠房中造了出來、在火箭上豎了起來。
天舟一號的立項論證階段，系統(tǒng)總體團隊需要在繼承“神舟”和“天宮”的基礎(chǔ)上，拿出高水平的“天舟”方案。
在初樣階段，團隊并行完成全密封、半開放兩種構(gòu)型貨船的詳細(xì)設(shè)計方案，為未來的貨運飛船的型譜化“定型”。
成功完成貨船初樣力學(xué)、熱學(xué)、電磁兼容性、大系統(tǒng)聯(lián)試等大型試驗后，團隊又開始緊張地雙線作戰(zhàn)，一部分設(shè)計師奔赴文昌基地開展全密封構(gòu)型船合練工作，另一部分則留在北京繼續(xù)深入開展半開放構(gòu)型船研制試驗。
在每一次飛船研制轉(zhuǎn)入新階段之前，他們都會有一次“閉關(guān)修煉”，在“閉關(guān)”中系統(tǒng)總結(jié)驗證、檢查產(chǎn)品狀態(tài)、開展任務(wù)準(zhǔn)備，仔細(xì)檢查148項系統(tǒng)級試驗項目的海量數(shù)據(jù)，認(rèn)真推演飛行任務(wù)中107項關(guān)鍵事件、4800余項指令級動作和328項飛控預(yù)案……
這是一個平凡的團隊，成就著不平凡的事業(yè)。這里的每一個人都有其不可或缺的崗位和職責(zé)，在成功的路上默默努力。
這也是一個奉獻的團隊，無言告勞，不期待每一次都站在最后的領(lǐng)獎臺上，卻為“成功有我”而自豪。
團隊的每一個人都將天舟一號當(dāng)成自己的孩子，傾注心血，并伴其成長。
當(dāng)然，天舟一號也是一個“爭氣的孩子”，出色地完成了“自主交會對接”“在軌推進劑補加”“天基測控”等一系列既定任務(wù)，為后續(xù)的載人航天器提供了先期充分的技術(shù)驗證。
一場“戰(zhàn)役”與“戰(zhàn)疫”
“世上本沒有奇跡，只有全力以赴的努力，我們做的一切都是為了確保萬無一失?！?/font>
天舟團隊即將迎來自己的第二個“孩子”天舟二號，而這次，我全程參與其中。
2021年5月29日，搭載天舟二號貨運飛船的長征七號遙三運載火箭，在我國文昌航天發(fā)射場準(zhǔn)時點火發(fā)射。約604秒后，飛船與火箭成功分離，精確進入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。
天舟二號作為我國空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段發(fā)射的首艘貨運飛船，也是我國空間站貨物運輸系統(tǒng)的第一次應(yīng)用性飛行，為空間站送去了6.8噸補給物資。
走出測控大廳，抬頭看看晨曦中的滿天繁星，試圖尋找獨自翱翔的它，我心里在說：孩子，我們期待你的精彩。
但誰知這精彩背后的堅持和不易。
2020年初，突如其來暴發(fā)的疫情把本該集合完成力熱試驗的隊伍打亂了陣腳。我們不得不克服困難，組織能夠到位的研制人員加班加點。
為了讓進度不延期，上海的總裝隊伍逆勢北上，1600公里36小時長途奔波；為了天地測控對接試驗，我們連續(xù)轉(zhuǎn)戰(zhàn)喀什、北京、青島、渭南多地，歷經(jīng)1個月，直到春節(jié)前兩天才完成試驗。多地多次疫情也沒能阻擋我們前進的腳步。
中國空間站由天和核心艙、問天和夢天兩個實驗艙，以及天舟貨運飛船、神舟飛船組成。為了驗證這么復(fù)雜龐大系統(tǒng)設(shè)計的正確性，我們在天津航天城組織了五艙聯(lián)試，來自全國各地的設(shè)計師、科研人員和航天員都齊聚這里。
大家封閉管理，駐地和試驗場地兩點一線，總裝和測控“兩班倒”，這樣大規(guī)模的五艙聯(lián)試持續(xù)了100多天。
在這100多天的時間里，我們一共設(shè)計了上千條測試項目，每艘船要測試1000~2000個小時，電總體團隊的成員幾乎每天都在現(xiàn)場，陪伴飛船的整個測試工作，并隨時準(zhǔn)備處理各種問題。
世上本沒有奇跡，只有全力以赴的努力，我們所做的一切都是為了確保萬無一失。任何一個地面的疑點都有可能成為以后在軌的問題。只有數(shù)據(jù)結(jié)果全都正常，才能放心護送它“出征”。
2021年5月20日和21日，天舟二號的出發(fā)儀式是這樣的特別，經(jīng)歷了兩次發(fā)射推遲，每一次都讓我心里像過山車一樣跌宕起伏、徹夜難眠。
好在歷經(jīng)了9天的磨礪，天舟二號作為空間站核心艙的第一個造訪者，終于邁出了奔向空間站的第一步。
接下來的每一分每一秒，我們緊盯著屏幕上跳動的數(shù)字，跟尋著它的足跡。它像一個聽話的孩子，歷經(jīng)8小時，按既定的程序，精準(zhǔn)完成了遠(yuǎn)距離追擊，近距離尋的、接近、對接，將重達6.8噸的物資通過“萬里穿針”的方式帶到了空間站。
兩年后，天舟二號要離軌了，陪著天舟二號走過的4年歷程歷歷在目。它是我們親手帶大的“孩子”，所有的參研人員，都傾注了心血甚至親情。
我想，這可能也是一種緣分，是它給了我們一個參與載入史冊的中國空間站建設(shè)任務(wù)的機會，也給了一個讓我們深感驕傲和自豪的精彩。
造一艘“數(shù)字天舟”
“通過數(shù)字流程，‘?dāng)?shù)字天舟’的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)街圃煸O(shè)備上，就可以制造出真實的各種結(jié)構(gòu)、部件、管路……”
我剛參加工作時，單位有一臺“286”微型臺式電腦，計算能力和內(nèi)存資源遠(yuǎn)不能跟現(xiàn)在相比。當(dāng)時用它只能做一些軟件開發(fā)、匯編和反匯編、低速數(shù)據(jù)處理，以及一些不算特別復(fù)雜的計算工作，但它的價格還貴得要命。
那個時候，我們做設(shè)計和仿真，沒有多少軟件工具可以提供支撐。比如當(dāng)我們要設(shè)計一個電路板圖，只能用紅藍(lán)鉛筆在坐標(biāo)紙上畫出電路板的敷銅走線，而且電路信號的完整性分析基本靠經(jīng)驗。如果需要修改，我們就要重新畫圖，甚至十幾天的工作都要“清零”。
進入新千年，我們迎來了一個技術(shù)快速發(fā)展的時代：設(shè)計工具有了長足進步，超強的計算能力、突飛猛進的通信技術(shù)、各種專業(yè)的設(shè)計工具和仿真分析軟件、集同設(shè)計平臺等都為我們的貨運飛船研制提供了強有力的支撐。大家決定要利用好這些新的技術(shù)和工具，造一艘“數(shù)字天舟”。
于是，多名設(shè)計師在一個統(tǒng)一搭建起來的數(shù)字平臺上，按照通用的規(guī)則，遵照各自的權(quán)限，對自己所負(fù)責(zé)的部分進行設(shè)計，數(shù)字化設(shè)計文件下廠，數(shù)控機械加工，全程沒有紙質(zhì)圖紙文件，不用人工審簽。通過數(shù)字流程，“數(shù)字天舟”的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)街圃煸O(shè)備上，設(shè)計師就可以制造出真實的各種結(jié)構(gòu)、部件、管路……
在傳統(tǒng)模式的構(gòu)型布局設(shè)計中，我們需要在二維圖紙中進行設(shè)備布局、調(diào)整、送審，而采用全三維數(shù)字化設(shè)計后，我們就可以在一個集同的設(shè)計平臺上，快速設(shè)計、快速仿真、快速迭代。數(shù)字化設(shè)計文件下廠，數(shù)控機械加工，全程“無紙化”工作，這不僅提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量、縮短了設(shè)計周期，還降低了設(shè)計成本。
現(xiàn)在，我們的貨運飛船上有100多個軟件，這些軟件可以讓貨運飛船有更強的數(shù)據(jù)處理能力、自主管理能力和系統(tǒng)在軌重構(gòu)能力。地面工程師可以通過天地測控鏈路通道，遠(yuǎn)程修改或重構(gòu)軟件，賦予軟件更多的功能。
在貨運飛船的測試和總裝環(huán)節(jié)，我們也可以感受到數(shù)字化帶來的便利。比如，我們采用自動化系統(tǒng)測試系統(tǒng)，實現(xiàn)測試用例自動生成，執(zhí)行過程中不需要人員介入，就可以實現(xiàn)“一鍵式”測試。我們還采用了全數(shù)字化總裝研制的型號，開發(fā)了以三維數(shù)字化結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計系統(tǒng)、MES看板簽署系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)化照相系統(tǒng)為代表的數(shù)字化協(xié)同平臺，大幅提高了工作效率。
在貨物管理方面，我們建立了地面到云端的全任務(wù)周期物資數(shù)字化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)貨物自動信息錄入、物資取放動態(tài)的信息管理、貨物的布局和配平、質(zhì)量特性計算等。同時，這個系統(tǒng)還采用了VR技術(shù)，為航天員提供可視化的作業(yè)指導(dǎo)書。
開啟下一次的探索
“任何個人的能力都是渺小的，但是集體智慧和力量的體現(xiàn)是偉大的，這也是一種航天文化的象征。”
還記得王希季老先生曾說過：“搞工程必須堅持零缺陷，如果有缺陷，那工程就是零?！币淮伟咽伦鰧κ遣蝗菀椎模@也是我這么多年一直想追求的，雖然我有沒做好的地方，但我一直在朝著這個方向努力。
我有一張王老的照片，照片里他滿頭白發(fā)，近距離側(cè)臉看著航天器，即使步履漸漸蹣跚，他也仍然熱忱地注視著中國航天事業(yè)每一個前進的腳步。這張照片我到現(xiàn)在還留著，時常用它來勉勵自己。
現(xiàn)在，貨運飛船的設(shè)計階段已經(jīng)過去了，天舟二號、天舟三號、天舟四號、天舟五號貨運飛船為組批投產(chǎn)，狀態(tài)相對穩(wěn)定，能夠最大程度保證載人航天工程的速度與質(zhì)量，天舟六號新一批次貨運飛船即將與大家見面，我們現(xiàn)在的精力主要是在產(chǎn)品制造、系統(tǒng)集成和系統(tǒng)測試上。
“成功是差一點點失敗，失敗是差一點點成功”，這是航天領(lǐng)域流傳甚廣的一句話?！耙稽c點”的背后，是無懼挑戰(zhàn)的戰(zhàn)斗精神，也是多維度保障，通力解決問題的合作精神。
我們在兩年之內(nèi)發(fā)射了4艘貨運飛船，這是前些年時幾乎不可能想象的事情。除了技術(shù)體系創(chuàng)新、研制流程優(yōu)化以外，更多的是參試人員“特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻”的拼搏精神。任何個人的能力都是渺小的，但是集體智慧和力量的體現(xiàn)是偉大的，這也是一種航天文化的象征。
有生之年，我參與了中國空間站建設(shè)這么大一個重大的工程項目，心情激動、激動、還是激動。我慶幸自己有機會干這件事，也慶幸能夠與貨運飛船研制團隊的成員們團結(jié)協(xié)作。把這事干成，這真的是一種榮耀。
未來，我們會在貨運飛船的設(shè)計上不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，以實現(xiàn)更快的運輸速度、更大的載重能力、更高的運輸效能、更多的先期技術(shù)驗證，增加返回的能力，及時傳回太空的科研成果。我想，這會為我國的空間站運營提供更好的服務(wù)。
每一次對太空的叩問，都是下一次探索的開始。未來，值得我們期待。
