“畫筆”決定型號預(yù)研成敗

30歲的張磊是中國航天科工四院四部一名副主任設(shè)計師，每當(dāng)他講起自己的職業(yè)，外人都很難相信：在過去7年的職業(yè)生涯里，他從未到過發(fā)射現(xiàn)場，也從未在那里感受過航天器沖破蒼穹的發(fā)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(fā)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(xiàn)場驗證理論數(shù)據(jù)。張磊就是后一類人：計算并設(shè)計出一個擁有怎樣的外形才能飛得更遠、飛得更準(zhǔn)的航天器。換句話說，他就是給包括火箭在內(nèi)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(shù)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(jié)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(xiàn)在現(xiàn)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(jīng)5年啃下一塊被稱作世界級工程應(yīng)用難題的“硬骨頭”。在此之前的2018年，他們在一年之內(nèi)就組織實施了20多項試驗，刷新了年度氣動試驗數(shù)量紀錄。他們創(chuàng)新試驗方法，還為所在研究單位節(jié)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”決定型號預(yù)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(wèi)星，往往更關(guān)注它們的外觀和性能，而在我們的腦海里，浮現(xiàn)的則是這些航天器外觀設(shè)計運動過程的直觀投影。”中國航天科工四院四部氣動水動室副主任高太元說。

在別人看來，也許親眼看到自己研制的航天器發(fā)射成功讓人激動不已，但對這群氣動專業(yè)人而言，航天器發(fā)射的那一瞬間，不過是按照他們的設(shè)定，“重復(fù)”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(shù)據(jù)的最好檢驗。

事實上，即便放眼國際航天史，航天器的設(shè)計問題都不可小覷。因為設(shè)計問題而發(fā)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(fā)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(diào)查發(fā)現(xiàn)，阿波羅1號艙門向內(nèi)開啟的設(shè)計，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生時，宇航員在艙內(nèi)氣壓升高的情況下沒能打開艙門。

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

也因此，在任何一個航天器的研制尤其是預(yù)先研制階段，有關(guān)外形氣動設(shè)計的研究都備受重視，其研究經(jīng)費往往能達到預(yù)研經(jīng)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(huán)境和穿衣指數(shù)，為其他分系統(tǒng)的設(shè)計提供了最原始依據(jù)。

相應(yīng)地，這一研究的成敗，在很大程度上決定著整個預(yù)先研究任務(wù)的成功，甚至決定著某個型號最終能否成行。

10多年前，當(dāng)高太元剛到中科院力學(xué)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(yè)時，有機會選擇其他行業(yè)的他，最終還是選擇了航天，“保家衛(wèi)國是我的初衷，雖然不能像戰(zhàn)士一樣沖鋒陷陣，但我們能創(chuàng)造出‘不戰(zhàn)而屈人之兵’的力量。”

“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(shè)計這門‘冷科學(xué)’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(jīng)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(shù)”變?yōu)?ldquo;氣動參數(shù)”。最終，他們經(jīng)過幾年努力，以一鍵式智能優(yōu)化設(shè)計為方向，建成了高性能計算中心。

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

“就好比設(shè)計一輛自行車，先確定自行車各個部件的數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)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(shè)計，很可能就需要畫個上千筆，如果需設(shè)計多個外形供最終挑選，就要耗費難以想象的時間和人力。”李艷麗說。

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

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

“我們的創(chuàng)新就是要從國家需求出發(fā)，關(guān)注受制于人的技術(shù)領(lǐng)域，解決技術(shù)瓶頸關(guān)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。”中國航天科工四院四部主任鐘世勇說。

李艷麗告訴記者，她所在的四部以氣動專業(yè)等技術(shù)瓶頸為突破口，逐步形成了基于大數(shù)據(jù)的航天器總體設(shè)計創(chuàng)新模式，提升了總體設(shè)計方案初始的成熟度和可靠性，迭代設(shè)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(yīng)用模式，有力支撐了裝備的體系化發(fā)展。

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

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(chuàng)新創(chuàng)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(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人不斷涌現(xiàn)。

張磊就是其中一名佼佼者。回憶剛來航天的那段歲月，無數(shù)個通宵達旦已經(jīng)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(tài)度伴隨他直到現(xiàn)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。”張磊說。

賈軼楠是一名航天新兵，這位清華大學(xué)力學(xué)專業(yè)高材生擇業(yè)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(chuàng)造力，很溫暖，關(guān)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。”賈軼楠說。

在鐘世勇看來，“當(dāng)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(wù)、航天事業(yè)的發(fā)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(zhì)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(dāng)然要求年輕人擁有更快的反應(yīng)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。“我們清楚自己在干什么，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(fā)生后，美國國家航空航天局對該型號做了重新設(shè)計，結(jié)果就包括艙門的“再設(shè)計”：由向內(nèi)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(shè)計的航天器，還有沒有可能出現(xiàn)問題?”

就像他們常常問自己的：“萬分之三與萬分之四，小數(shù)點后第五位的四舍五入，對整個型號任務(wù)方案究竟能帶來什么影響?”

——失之毫厘，謬以千里。

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