就是要破解卡脖子技術(shù)

30歲的張磊是中國(guó)航天科工四院四部一名副主任設(shè)計(jì)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(chǎng)，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(zhǎng)年伏案實(shí)驗(yàn)桌前計(jì)算火箭飛行軌跡，有的還要奔走各個(gè)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證理論數(shù)據(jù)。張磊就是后一類人：計(jì)算并設(shè)計(jì)出一個(gè)擁有怎樣的外形才能飛得更遠(yuǎn)、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(gè)航天人心中都有一個(gè)飛躍高山、劃破蒼穹、破解黑洞的夢(mèng)想，送達(dá)數(shù)萬公里的高度，定格萬億次的計(jì)算。而張磊所在的氣動(dòng)研究團(tuán)隊(duì)的夢(mèng)想，則是用力與熱的結(jié)合，親手“畫下”火箭的樣子，計(jì)算出每一個(gè)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(chǎng)。前不久，這支由22人組成、平均年齡不到33歲的科研團(tuán)隊(duì)，剛剛歷經(jīng)5年啃下一塊被稱作世界級(jí)工程應(yīng)用難題的“硬骨頭”。在此之前的2018年，他們?cè)谝荒曛畠?nèi)就組織實(shí)施了20多項(xiàng)試驗(yàn)，刷新了年度氣動(dòng)試驗(yàn)數(shù)量紀(jì)錄。他們創(chuàng)新試驗(yàn)方法，還為所在研究單位節(jié)省了上千萬元的科研費(fèi)用。而這一切，都源于他們手中的科研“畫筆”。

“畫筆”決定型號(hào)預(yù)研成敗

“別人看到一艘宇宙飛船，一架航天飛機(jī)，一枚運(yùn)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(jì)運(yùn)動(dòng)過程的直觀投影。”中國(guó)航天科工四院四部氣動(dòng)水動(dòng)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(dòng)不已，但對(duì)這群氣動(dòng)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(duì)他們前期得出數(shù)據(jù)的最好檢驗(yàn)。事實(shí)上，即便放眼國(guó)際航天史，航天器的設(shè)計(jì)問題都不可小覷。因?yàn)樵O(shè)計(jì)問題而發(fā)生的事故，也讓整個(gè)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(tái)上失火的阿波羅1號(hào)。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(hào)艙門向內(nèi)開啟的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生時(shí)，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(hào)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(huì)像木頭般燃燒，火災(zāi)的出現(xiàn)也就不令人奇怪了。

也因此，在任何一個(gè)航天器的研制尤其是預(yù)先研制階段，有關(guān)外形氣動(dòng)設(shè)計(jì)的研究都備受重視，其研究經(jīng)費(fèi)往往能達(dá)到預(yù)研經(jīng)費(fèi)的30%乃至50%以上。正如中國(guó)航天科工四院四部氣動(dòng)水動(dòng)室主任李艷麗所說，氣動(dòng)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(jì)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(gè)預(yù)先研究任務(wù)的成功，甚至決定著某個(gè)型號(hào)最終能否成行。10多年前，當(dāng)高太元?jiǎng)偟街锌圃毫W(xué)所攻讀博士研究生時(shí)，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(shí)，有機(jī)會(huì)選擇其他行業(yè)的他，最終還是選擇了航天，“保家衛(wèi)國(guó)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?！薄罢l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‘不愛紅裝愛武裝’，投身航天器設(shè)計(jì)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

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(tuán)隊(duì)不斷思考著一個(gè)大問題，即如何在最短的時(shí)間里，將“幾何參數(shù)”變?yōu)椤皻鈩?dòng)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(jì)為方向，建成了高性能計(jì)算中心。以前，他們只能通過風(fēng)洞試驗(yàn)來獲取“氣動(dòng)參數(shù)”，如今，高性能計(jì)算中心的出現(xiàn)，可以替代風(fēng)洞試驗(yàn)獲取80%—90%氣動(dòng)數(shù)據(jù)，每年省下千萬元量級(jí)的成本?！熬秃帽仍O(shè)計(jì)一輛自行車，先確定自行車各個(gè)部件的數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)在繪圖軟件上進(jìn)行手動(dòng)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(gè)自行車模型的設(shè)計(jì)，很可能就需要畫個(gè)上千筆，如果需設(shè)計(jì)多個(gè)外形供最終挑選，就要耗費(fèi)難以想象的時(shí)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(jì)，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(jì)好的參數(shù)化程序，只需按下按鈕，所需設(shè)計(jì)模型即可生成。從此，老一輩航天設(shè)計(jì)師“用算盤計(jì)算氣動(dòng)參數(shù)、十多個(gè)人一算就是一個(gè)月”的科研場(chǎng)景，成為歷史?！拔覀兊膭?chuàng)新就是要從國(guó)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(gè)意識(shí)下我們提出大量新概念，敢為天下先?！敝袊?guó)航天科工四院四部主任鐘世勇說。李艷麗說，她所在的四部以氣動(dòng)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(jì)創(chuàng)新模式，提升了總體設(shè)計(jì)方案初始的成熟度和可靠性，迭代設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的‘?dāng)r路虎’都打倒，破解卡脖子難題，做出方案來?！?/p>

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(duì)于年輕科技人才的重視。中國(guó)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(jìn)取，只要能創(chuàng)新創(chuàng)效，單個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)50萬元、100萬元，個(gè)人拿到十幾萬元甚至幾十萬元的獎(jiǎng)勵(lì)早已不是新鮮事，突出貢獻(xiàn)專家和學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人不斷涌現(xiàn)。張磊就是其中的一名佼佼者。回憶剛來航天的那段歲月，無數(shù)個(gè)通宵達(dá)旦已經(jīng)印象模糊，但師父對(duì)他的“嘮叨”至今仍回響在耳邊：“臺(tái)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?！罢驹凇巾敗赝畛跄嵌螝q月，所有的‘臺(tái)階’歷歷在目，攀爬的過程正是一個(gè)氣動(dòng)新人成長(zhǎng)的見證?！睆埨谡f。

賈軼楠是一名航天新兵，這位清華大學(xué)力學(xué)專業(yè)高才生擇業(yè)時(shí)，毫不猶豫地邁進(jìn)中國(guó)航天科工四院四部的大門。她說，氣動(dòng)（水動(dòng)）團(tuán)隊(duì)年輕積極的氛圍打動(dòng)了她，這里有活力，有創(chuàng)造力，很溫暖，關(guān)注每一個(gè)成員的成長(zhǎng)?！昂芏嗳肼毼辶甑那嗄暌殉蔀橹辛黜浦吹剿麄?，就像看到五六年以后的自己?！辟Z軼楠說。在鐘世勇看來，“當(dāng)下是年輕航天人最好的時(shí)代”。他打了個(gè)比方，如果把國(guó)家任務(wù)、航天事業(yè)的發(fā)展比作一個(gè)航天器，那么在他的青年時(shí)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(bào)道中露面，他們默默地付出隱藏在歷史的更深處，中國(guó)航天科工四院四部氣動(dòng)研究團(tuán)隊(duì)在這一方面尤為典型?！拔覀兦宄约涸诟墒裁?，國(guó)家認(rèn)可我們?cè)诟墒裁矗嗣袷芤嬗谖覀兊墓ぷ?，這就足夠了”。阿波羅1號(hào)事故發(fā)生后，美國(guó)國(guó)家航空航天局對(duì)該型號(hào)做了重新設(shè)計(jì)，結(jié)果就包括艙門的“再設(shè)計(jì)”：由向內(nèi)開啟，改為向外開啟。后來美國(guó)人拍了一部電影《阿波羅13號(hào)》，還專門提到這次事故。對(duì)李艷麗及其團(tuán)隊(duì)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(jì)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(diǎn)后第五位的四舍五入，對(duì)整個(gè)型號(hào)任務(wù)方案究竟能帶來什么影響？”