視覺中國(guó)供圖
于起峰
羅亞中
張青斌
12月17日凌晨1時(shí)59分，內(nèi)蒙古四子王旗著陸場(chǎng)，嫦娥五號(hào)返回器攜帶月球樣品安全著陸，探月工程嫦娥五號(hào)任務(wù)取得圓滿成功。
喜訊傳到千里之外的國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院，參與該項(xiàng)目的科研人員無比激動(dòng)?？萍既?qǐng)?bào)記者了解到，在本次探月任務(wù)中，該院多名科研人員參與了多個(gè)重要項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與研制工作，為嫦娥五號(hào)順利完成探月任務(wù)貢獻(xiàn)了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
于起峰：給“挖土”的“嫦娥”裝“慧眼”
時(shí)間回到2015年。湘江之畔，嫦娥五號(hào)技術(shù)負(fù)責(zé)人找到中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師于起峰，交給他一項(xiàng)技術(shù)難度極大的任務(wù)。
這位負(fù)責(zé)人來自中國(guó)航天科技集團(tuán)五院(以下簡(jiǎn)稱航天五院)，此人也許不會(huì)想到，5年后，于起峰給嫦娥五號(hào)裝上了一雙“慧眼”，輔助采樣器高效完成了放樣、抓罐、放罐等關(guān)鍵操作。
那天會(huì)面一結(jié)束，于起峰立即召集團(tuán)隊(duì)成員開了一個(gè)碰頭會(huì)。
“這是之前從未經(jīng)歷過的測(cè)量環(huán)境”“采樣器上配置的相機(jī)已固定，無法完全滿足精密視覺測(cè)量需求”……于起峰靜靜地聽著學(xué)生們討論。那日，他們討論了近三個(gè)小時(shí)，仍意猶未盡。
在辦公區(qū)的墻上，印著這樣一句話：有必要測(cè)量一切可測(cè)的，并努力使尚不可測(cè)的成為可測(cè)。這是測(cè)量學(xué)先驅(qū)伽利略的名言，也是于起峰多年來的追求，更是團(tuán)隊(duì)奮斗的目標(biāo)。
月球上光照復(fù)雜，還有許多未知因素，傳統(tǒng)的攝像測(cè)量方法在月面難以適用。更重要的是，其他國(guó)家已進(jìn)行的月球采樣返回任務(wù)中，尚無使用攝像測(cè)量技術(shù)的先例，他們只能從頭開始。
既然硬件條件不可更改，那就對(duì)算法進(jìn)行提升。迭代算法需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，那一年團(tuán)隊(duì)成員往北京跑了50多次，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試、優(yōu)化，在月面模擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)中不斷摸索實(shí)踐。學(xué)生們帶著問題從北京一回來，于起峰就召集大家共同商討解決方案。
經(jīng)過兩年的打磨，這套算法已趨于成熟。然而，于起峰總覺得還可以“再好一點(diǎn)”，他要精益求精。
2017年的一天，于起峰把團(tuán)隊(duì)成員叫到一起。大家以為這只是一次普通的業(yè)務(wù)討論，可沒想到，于起峰在會(huì)上提出了一個(gè)讓人意想不到的要求：已有算法并不穩(wěn)定，推翻以往的方案，全部重來。更大的考驗(yàn)還在后面，那一年，航天五院再次聯(lián)系他們，提出能否利用嫦娥五號(hào)的自身結(jié)構(gòu)特征完成測(cè)量，這是一個(gè)“使不可測(cè)變?yōu)榭蓽y(cè)”的要求。
接下任務(wù)后，年近六旬的于起峰與學(xué)生們一起熬夜加班，不停摳技術(shù)細(xì)節(jié)。最終，經(jīng)過模擬驗(yàn)證，他們?cè)O(shè)計(jì)出的算法完美地完成了信息獲取任務(wù)。
12月2日22時(shí)許，經(jīng)過約19個(gè)小時(shí)的月面工作，嫦娥五號(hào)探測(cè)器順利完成月球表面自動(dòng)采樣。
任務(wù)完成，于起峰卻不滿足。“今后，我們還要去探索更多未測(cè)量的領(lǐng)域，作出更大的貢獻(xiàn)。”他說。
羅亞中：實(shí)現(xiàn)環(huán)月無人交會(huì)對(duì)接零的突破
“祝賀你們，圓滿完成任務(wù)。”12月6日，國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院教授羅亞中給嫦娥五號(hào)負(fù)責(zé)月球軌道設(shè)計(jì)的主任設(shè)計(jì)師發(fā)了一條信息。
放下手機(jī)，羅亞中揉了揉熬紅的雙眼，懸了許久的心，終于徹底放了下來。此前，他一直關(guān)注前方信息，得知環(huán)月無人交會(huì)對(duì)接任務(wù)順利完成，長(zhǎng)舒了一口氣。
“我雖然心里清楚，我們的技術(shù)已經(jīng)很成熟了，但還是緊張。”羅亞中笑著對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者說。
敢說出“技術(shù)成熟”，這份底氣源于羅亞中多年來在交會(huì)對(duì)接領(lǐng)域的深耕細(xì)作。多年耕耘，讓羅亞中團(tuán)隊(duì)成為該領(lǐng)域的“王牌軍”。
“這件事還是需要你們的參與!”2013年，航天五院聯(lián)系到了羅亞中，將嫦娥五號(hào)環(huán)月交會(huì)對(duì)接軌道規(guī)劃任務(wù)交給了他。
彼時(shí)，在我國(guó)尚無成功實(shí)現(xiàn)環(huán)月無人交會(huì)對(duì)接的先例。
“第一次在環(huán)月軌道完成這項(xiàng)任務(wù)，測(cè)控條件相比近地差，我們對(duì)月球軌道特性認(rèn)識(shí)尚不成熟。”羅亞中意識(shí)到，這是一塊難啃的“硬骨頭”。然而，敢于啃“硬骨頭”，正是他帶領(lǐng)的“王牌軍”多年的作風(fēng)。
自從接下任務(wù)，羅亞中幾乎沒有過休息日，他帶著團(tuán)隊(duì)成員從研究環(huán)月軌道交會(huì)模型入手，不斷優(yōu)化算法，提高算法的效率和可靠性。有時(shí)，為了提升算法性能，團(tuán)隊(duì)要開展大量測(cè)試。屏幕上一行行數(shù)據(jù)密密麻麻、不斷滾動(dòng)翻新，團(tuán)隊(duì)成員一天要盯十幾個(gè)小時(shí)的電腦，幾乎所有人的眼睛都酸澀脹痛。
工作疲憊時(shí)，羅亞中喜歡來到實(shí)驗(yàn)室，在這里，按一定比例縮小、模擬空間實(shí)驗(yàn)室和載人飛船交會(huì)對(duì)接的仿真模型占了大半個(gè)房間。“天宮二號(hào)和神舟十一號(hào)的交會(huì)對(duì)接軌道規(guī)劃系統(tǒng)，就出自這里。”羅亞中介紹道。
在羅亞中心中，交會(huì)對(duì)接技術(shù)就像航天科技領(lǐng)域的一座“大山”。他2003年進(jìn)“山”，稱自己是“明知山有虎，偏向虎山行”。為解決“交會(huì)軌道規(guī)劃”這個(gè)公認(rèn)的技術(shù)難題，他曾找遍國(guó)內(nèi)外相關(guān)論文和技術(shù)報(bào)告，每天工作時(shí)間都在十幾個(gè)小時(shí)以上。2019年，他因?qū)ι裰郯颂?hào)以來歷次交會(huì)對(duì)接任務(wù)作出了重要貢獻(xiàn)，被授予“中國(guó)載人航天工程突出貢獻(xiàn)者”榮譽(yù)稱號(hào)。
張青斌：為精確回收提供引導(dǎo)信息
12月16日22時(shí)00分，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心指揮顯示大廳。換衣服、掛上工牌、打開電腦……幾個(gè)動(dòng)作一氣呵成。國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院研究員張青斌坐在椅子上，眼睛緊盯著指揮顯示大廳的大屏幕。此時(shí)，距離他進(jìn)場(chǎng)不過五分鐘，距離嫦娥五號(hào)著陸還有不到4小時(shí)。在此次任務(wù)中，張青斌及其團(tuán)隊(duì)為讓搜救力量更快找到返回器，提供精確引導(dǎo)的工作。
“我太激動(dòng)了，這一天我們盼了快十年，我們的降落傘回收系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論在這么重要的任務(wù)中得到了成功應(yīng)用!”嫦娥五號(hào)返回器成功著陸后，張青斌對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者興奮地說。
發(fā)射和回收是航天任務(wù)中最驚險(xiǎn)、最容易出故障的階段。降落傘回收系統(tǒng)又是動(dòng)力學(xué)中最復(fù)雜的系統(tǒng)，地面上空十公里以內(nèi)的風(fēng)向變化非常復(fù)雜，不確定因素極多。要想設(shè)計(jì)出一套安全、穩(wěn)定的返回器回收系統(tǒng)，不僅需要設(shè)想各種可能出現(xiàn)的問題，還要不斷做空投驗(yàn)證，過程反反復(fù)復(fù)、極其磨人。從接下任務(wù)的那天起，張青斌就踏上了漫長(zhǎng)的求索征程。
為避免計(jì)算出錯(cuò)，張青斌和團(tuán)隊(duì)成員用不同方法、不同程序，驗(yàn)證同一問題，然后交叉比對(duì)驗(yàn)證結(jié)果。
這一工作雖然耗費(fèi)了大量的時(shí)間，但張青斌覺得時(shí)間花得值，沒有這些工作打底，就不可能取得最終的成果。
有了好的基礎(chǔ)，技術(shù)上的創(chuàng)新突破勢(shì)如破竹。
在這個(gè)過程中，他們建立了“神舟”系列載人飛船降落傘回收系統(tǒng)的高保真動(dòng)力學(xué)模型，為我國(guó)載人飛船回收系統(tǒng)的方案論證、設(shè)計(jì)分析提供了重要參考數(shù)據(jù);研制出國(guó)內(nèi)首套飛船降落傘回收的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，被應(yīng)用于神舟七號(hào)到神舟十一號(hào)的航天任務(wù)之中。
嫦娥五號(hào)返回器的體積只有神舟飛船返回艙的1/7，可著陸面積將近2萬平方公里，是載人飛船著陸面積的16倍，再加上落區(qū)被平均厚度約130毫米的積雪覆蓋，這些都給執(zhí)行此次回收任務(wù)的搜救力量，增加了不小的工作難度。
“要想給搜救力量提供精確的位置導(dǎo)引，就要在返回器下降過程中，快速更新飛行管道的數(shù)據(jù)，這需要高效的算法作為支撐，我們做到了1.2秒更新一次!”張青斌告訴科技日?qǐng)?bào)記者。
不過，鮮有人知的是，在剛剛起步時(shí)，張青斌團(tuán)隊(duì)能達(dá)到的更新速度是：10分鐘/次。
今年7月以來，張青斌帶著團(tuán)隊(duì)反復(fù)進(jìn)行模型校核分析，分析著陸場(chǎng)歷年風(fēng)場(chǎng)特征，以及降落傘回收系統(tǒng)的多項(xiàng)不確定性因素，建立了嫦娥五號(hào)降落傘回收系統(tǒng)不確定性條件下的快速分析模型。
12月17日凌晨，嫦娥五號(hào)順利返回。任務(wù)結(jié)束后，張青斌拉著團(tuán)隊(duì)成員在指揮顯示大廳合了張影。“這個(gè)意義非凡的時(shí)刻，應(yīng)該載入我們的‘奮斗相冊(cè)’!”張青斌說。
(本文人物圖片由國(guó)防科技大學(xué)提供)
