10月16日6時56分,在GNC系統的“指揮”下,神舟十三號載人飛船採用自主快速交會對接模式成功對接於天和核心艙徑向端口,與此前已對接的天舟二號、天舟三號貨運飛船一起構成四艙(船)組合體,整個交會對接過程歷時約6.5小時,中國航天科技集團有限公司五院502所的“萬里穿針”技術再現太空。

這到底是一支什麼樣的團隊,能在一張白紙上,用27年的智慧編織夢想,從成千上萬的信息流和代碼中“抽絲剝繭”,先後參與攻克了返回控制技術、自主故障診斷技術、應急救生技術和交會對接控制技術等,讓太空漫步、太空之吻和建設中國人自己的空間站變成現實。這就是502所第一研究室的飛船班組——一支僅有19人、但肩負載人航天工程重任的戰鬥隊伍。

班組成員團結一心,護駕飛船

當面對鮮花和榮譽時,班組長馮燁謙遜地說:“能承擔這樣一份神聖使命,本身就很光榮。能不負衆望圓滿完成這項任務,更是光榮。”

數往昔,從一張白紙到胸有成竹

1994年,這個團隊在一窮二白中起步。

那時,載人航天工程剛剛正式啓動兩年。儘管我國已經掌握了大推力火箭和返回式衛星等基礎技術,但載人航天這個“天字一號”工程,卻幾乎是從零開始。即便如此,中國航天人還是大膽提出了一步跨越國外近40年發展歷程設計製造飛船的設想。

班組成員合影

在飛船系統中,GNC分系統負責飛船飛行全過程的姿態和軌道控制以及在軌太陽帆板控制,也就是決定飛船該如何運動、如何返回。對於飛船班組來說,當時技術上處於初級階段,可以說是白紙一張,只有美國和俄羅斯掌握飛船GNC技術。從哪裏入手?一時間,研製人員有勁使不上,就像“老虎喫天——無處下口”。

“回首過往,在當時的技術狀態條件下,飛船GNC分系統的研製歷程異常艱辛。”副組長劉賀龍說,在複雜系統的設計上,很多技術都是第一次,可繼承的技術很少。

可以說,GNC技術的從無到有是靠人和時間堆砌起來的。飛船班組在艱難中起步,爲中國的飛船設想按下了啓動鍵。

飛船組——五院示範班組

講到班組的歷史,劉賀龍提到,最初計算機技術落後,大部分計算和數據判讀需要人工完成。時年50多歲的班長王南華就帶領十幾個組員不分晝夜地做設計、計算、測試,半年時間喫住在單位,即便到了發射場,都還在編寫控制軟件。“癡迷工作”是飛船班組成立之初的真實寫照。

沒有理論基礎,就從頭開始搭建、摸索,這其中涉及的技術和難關、付出的艱辛常人難以想象。終於,在繼承我國返回式衛星控制系統成熟技術的基礎上,該班組拿出了我國第一個具有制導、導航和控制全部功能的GNC系統,並且能夠做到“一重故障正常,兩重故障安全”,確保航天員的安全。

2003年,神舟五號飛船載着中國第一位航天員楊利偉飛上太空。21個小時不長,但卻讓中國成爲繼蘇聯和美國之後第三個將人類送上太空的國家,這也是我國第一次真正意義上的載人飛行。

首次載人交會對接慶祝

倘若說神舟飛船第一代GNC系統是要攻克返回控制技術,那麼第二代GNC系統則是要攻克交會對接技術。

班組成員與神舟五號返回艙

在神舟八號飛船GNC分系統研製中,交會對接敏感器是最關鍵也是最難啃的硬骨頭。爲了在地面驗證其性能,從2007年到2011年,飛船班組專門模擬交會對接軌跡和環境,先後奔赴阿拉善等地開展試驗。大家都有一個共同的信念:儘快掌握交會對接技術,又快又好地完成國家交給的任務。

“阿拉善的冬天特別冷,白天冒着嚴寒測試,晚上幾個人擠在臨時搭建的帳篷裏互相取暖。在掛飛試驗中,我們也只能坐在機艙內判讀測試數據,顛簸得頭暈噁心。”馮燁回憶。

班組成員任務前動員合影

2011年11月3日,天宮一號和神舟八號上演了首次“太空之吻”,對接精度比設計要求高了近10倍,性能指標達到世界前列,標誌着我國首次掌握了空間交會對接GNC技術。

那一刻,北京航天飛行控制中心的飛船班組團隊成員激動地抱在了一起。“當看到交會對接的精度時,大家都非常激動,五六年的辛苦付出值了,後續工作的信心也更足了。”時任飛船班組組長、如今擔任貨運飛船GNC主任設計師的劉宗玉回憶起當時的場景,仍然難掩激動。

同樣是在一張白紙上“作圖”,但相比第一代的“火耨刀耕”,現在的他們有了快速仿真技術、虛擬測試平臺等現代信息技術的支持。班組成員郝慧這樣描述他們的工作:“通過仿真設計,提出指標和要求,形成任務書,然後把任務書變成一個個產品,通過充分細緻的測試、試驗驗證使設計迭代。”正是因爲這些嚴絲合縫的試驗與測試驗證,纔有了神舟八號和天宮一號的精準對接。

歷數往昔,從一張白紙到胸有成竹,從初出茅廬到行業標杆,飛船班組在我國飛船GNC技術領域確立了不可替代的地位。

高密度下的智能化轉型:從3天到6.5小時

我國在太空探索的道路上從未止步。經過長達20餘年的型號驗證、技術積累、人才儲備,飛船班組終於在新的時期迎來了大展宏圖的機會。

以往,中國載人飛船在軌道上的飛行和飛行過程中的軌道調整,要依靠船上的GNC系統和地面測控的指令配合完成。這是一個半自動流程:首先需要由地面測控人員對飛船進行測定,確定其軌道及運行位置,然後通過測控系統把有關數據遠距離注入GNC系統控制器中,由其進行實時的導航計算,從而實時獲得飛船飛行過程中的位置信息。

凝心聚力書寫GNC

“這種方法不僅在軌道控制實施前需要大量的時間和工作量,還要通過地面計算再向船上發送控制指令,流程複雜,人員配備多。”劉賀龍表示,隨着任務越來越複雜,自主化和智能化就成了當務之急。

敢想敢爲,大膽去做。中國新一代載人飛船採用的是全新的自主軌道控制技術,支撐其“自主”功能的正是飛船GNC分系統,該系統在自主、智能方面向前邁了一大步,這是502所在GNC領域新的驕傲。

簡單來說,就是“飛船大腦”不僅知道飛船現在處在什麼位置,而且還知道將要去哪裏,走哪條路能更快到達目的地。有了這些技能,新一代飛船的GNC系統便可以不依賴地面,獨立控制飛船飛行,即實現了從半自動到全自動的巨大轉變。2020年5月8日,新一代載人飛船試驗船成功返回,返回落點精度創下新高。

2021年,空間站核心艙的成功發射拉開了我國空間站建設的大幕。作爲航天員往返和貨物補給的首要載體,神舟飛船和貨運飛船的發射頻次迎來了新的高峯。“以前5~8年發射一艘,現在平均一年就要發射4~5次,重大型號密集發射,這是我們以前從未面對過的局面。”馮燁坦言。

批產化交付、快速化驗證是飛船班組目前的工作重點之一。研製團隊在新的時期開始探索新的研製模式。他們拿出了高精度、高可靠、符合工程約束的GNC系統方案:讓飛船自主定位、自主快速制導,同時將複雜的算法和遠距離引導技術工程化。那麼,這項智能技術究竟對航天員有哪些影響?

“從發射到對接,航天員都在飛船裏,原來需要3天時間,現在只需要6.5小時就到‘家’了。”劉賀龍說,飛船從入軌到對接的時間縮短了很多,很大程度上提升了航天員的舒適度。

三人行合影

在工作策劃中,飛船班組還重點針對班組運行中產生的人員工作時間、精力等軟成本和測試設備、工具等硬成本進行控制管理。爲提質增效,飛船班組準備了“三板斧”:一是“通用化的設備”,通過產品狀態通用化和研製流程去任務化,使測試工作的效率大大提高;二是“自動化的軟件”,通過自動化數據判讀工具將人員從繁雜的工作中解放出來,降低人力成本;三是“專業化的團隊”,建立專業人才隊伍,讓測試員在重複操作中形成核心專業能力,提升技術狀態控制能力和工作效率。

在新飛船試驗隊中,使用“通用化設備”帶來明顯效果。

“以前飛船是單一定製的,如果這個型號結束了,這個設備就被淘汰了。但通用化一體化的地面設備,只需要稍作改動,就可以應用到另外一個型號上,降低經濟成本。”貨運飛船GNC測試負責人、班組成員王瀛介紹,各型號按規範設計,不用花更多人力去調試設備,從整體上既可以減少設備、平臺的投產需求,又易於提升設備、產品的質量。

駛上人才培養快車道

在飛船班組,如何讓人才發揮出1+1>2的作用?王瀛的成長經歷可以很好地回答這個問題。

王瀛職業旅程的起點始於2010年。那年,初來乍到的他看着前輩掛滿一牆的榮譽,心想:前輩取得的榮耀並不等於我們後輩頭上的光環。那時,他只想把工作做好,用行動踐行自己的初心。

對於新人的培養,飛船班組爲優秀人才的脫穎而出開闢了多條“快車道”:將型號研製與人才梯隊建設有機結合,將專業化分工與員工特長結合,通過合理崗位分工、定期崗位評估、動態崗位配置,不斷探索和實踐“並”式縱橫人才培養模式,培養一專多能的創新人才,助推青年成長。

雁陣體系育人才

“我在組裏工作,班組長率先垂範,他不像保姆式的家長,而是會啓發我們,通過傳幫帶,言傳身教,結合我們的專業和興趣,分配適合我們的工作任務。”王瀛表示,飛船班組堅持“崗位與特長結合、新人與老人結合、指導與實踐結合”的模式,促進新員工迅速融入崗位。

光學類、機電類、電子類、軟件開發……飛船GNC分系統涉及的知識很廣,這些年爲了工作需要,王瀛通過自學不斷應對工作中遇到的新問題,掌握機械、電氣、軟件等多方面知識,爲此他開起了玩笑,稱自己是“既能做設計師,又能做搬運工的‘雜家’”。

遇到問題不懼小、不畏難,這是飛船班組一直以來秉持的工作作風。

2012年5月,神舟九號飛船的數據測試按規程有序進行。試驗隊員們各司其職,忙而不亂,大家正在一步步向最後的成功邁進。突然,陀螺的測試數據顯示異常,此時距離飛船進入發射場還不到一個月,測試現場陷入一片寂靜。

班組成員執行神舟九號飛船發射任務

“數據發生了微小的變化,這不是我們想看到的。如果是慣性導航有問題,會影響發射和交會對接。”面對即將迎來的我國首次有人交會對接的考驗,大家快速調整狀態,沉着應戰。飛船班組迅速組織問題排查,有序推進故障分析。“當時我們所有人都是一心想着快速、準確地解決問題,不能讓交會對接任務受影響。”馮燁回憶,最終飛船班組準確定位併成功解決了問題,沒有對後續工作產生影響。

此外,創新是飛船班組不斷髮展和前進的動力,他們努力在思想理念、技術水平、管理機制等方面去提升創新能力,這一點在他們別具一格的團建上得以體現。

“長時間的外場試驗,長時間的發射任務,長時間的同吃同住,不是兄弟,但勝似兄弟”,這就是飛船班組團建的真實寫照。

構建中國的空間站

團隊成員利用這段時間,把自己熟悉的專業知識與他人分享。他們不斷營造“人人學、時時學、處處學”的氛圍,鼓勵在學習中創新、在創新中學習,激發員工的學習熱情和創新熱情。“大家都樂此不疲,我覺得是源於對知識的渴望吧。”王瀛說。

使命因艱鉅而光榮,新一代載人飛船GNC分系統研製已經啓動,工況更復雜、條件更苛刻、自主性要求更高、系統資源約束更強。面對新時代新徵程,502所飛船工程組將積極踐行“三高”要求,做一流的研究,圖一流的發展,當一流的馭船手,以時不我待之精神勇攀科技高峯,努力爲祖國航天事業發展再立新功。

轉載自:“中國航天報”公衆號

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