为航天器“画像”的年轻人：“画笔”决定型号预研成败
深藏功与名：就是要破解卡脖子技术
30岁的张磊是中国航天科工四院四部一名副主任设计师 ， 每当他讲起自己的职业 ， 外人都很难相信：在过去7年的职业生涯里 ， 他从未到过发射现场 ， 也从未在那里感受过航天器冲破苍穹的发射瞬间 。
“所以 ， 你究竟是做什么的？”他不止一次地被问道 。
并非所有的航天人都冲锋在发射一线：有的长年伏案实验桌前计算火箭飞行轨迹 ， 有的还要奔走各个试验现场验证理论数据 。 张磊就是后一类人：计算并设计出一个拥有怎样的外形才能飞得更远、飞得更准的航天器 。 换句话说 ， 他就是给包括火箭在内的航天器“画像”的人 。
每个航天人心中都有一个飞越高山、划破苍穹、破解黑洞的梦想 ， 送达数万公里的高度 ， 定格万亿次的计算 。 而张磊所在的气动研究团队的梦想 ， 则是用力与热的结合 ， 亲手“画下”火箭的样子 ， 计算出每一个航天器的飞行轨迹 ， 并把它们送上太空——尽管在那最受瞩目的一刻 ， 深藏功与名的他们从未出现在现场 。
前不久 ， 在中国青年报·中青在线采访人员采访期间 ， 这支由22人组成、平均年龄不到33岁的科研团队 ， 刚刚历经5年啃下一块被称作世界级工程应用难题的“硬骨头” 。 在此之前的2018年 ， 他们在一年之内就组织实施了20多项试验 ， 刷新了年度气动试验数量纪录 。 他们创新试验方法 ， 还为所在研究单位节省上千万元的科研费用 。
而这一切 ， 都源于他们手中的科研“画笔” 。
“画笔”决定型号预研成败
“别人看到一艘宇宙飞船 ， 一架航天飞机 ， 一枚运载火箭 ， 一颗人造卫星 ， 往往更关注它们的外观和性能 ， 而在我们的脑海里 ， 浮现的则是这些航天器外观设计运动过程的直观投影 。 ”中国航天科工四院四部气动水动室副主任高太元说 。
在别人看来 ， 也许亲眼看到自己研制的航天器发射成功让人激动不已 ， 但对这群气动专业人而言 ， 航天器发射的那一瞬间 ， 不过是按照他们的设定 ， “重复”此前早已仿真过千百次的飞行画面 ， 而最终的成功 ， 则是对他们前期得出数据的最好检验 。
事实上 ， 即便放眼国际航天史 ， 航天器的设计问题都不可小觑 。 因为设计问题而发生的事故 ， 也让整个航天史多了几分令人唏嘘的悲壮 。
比如 ， 还未起飞就在发射台上失火的阿波罗1号 。
那次事故造成3名航天员丧命 。 事后调查发现 ， 阿波罗1号舱门向内开启的设计 ， 导致火灾发生时 ， 宇航员在舱内气压升高的情况下没能打开舱门 。
此外 ， 阿波罗1号舱内装载的“空气”也是百分之百纯氧气 ， 在这种环境下 ， 即便是铝 ， 也会像木头般燃烧——火灾的出现也就不令人奇怪了 。 这次事故的发生 ， 最终迫使美国国家航空航天局暂停了与苏联的太空竞赛 。
也因此 ， 在任何一个航天器的研制尤其是预先研制阶段 ， 有关外形气动设计的研究都备受重视 ， 其研究经费往往能达到预研经费的30%乃至50%以上 。
正如中国航天科工四院四部气动水动室主任李艳丽所说 ， 气动研究 ， 就是航天器研制的先行军——这一研究描绘了航天器全生命周期的生存环境和穿衣指数 ， 为其他分系统的设计提供了最原始依据 。
相应地 ， 这一研究的成败 ， 在很大程度上决定着整个预先研究任务的成功 ， 甚至决定着某个型号最终能否成行 。
10多年前 ， 当高太元刚到中科院力学所攻读博士研究生时 ， 他被研究所一楼大厅陈列的30多位院士的照片深深地震撼了 。 毕业时 ， 有机会选择其他行业的他 ， 最终还是选择了航天 ， “保家卫国是我的初衷 ， 虽然不能像战士一样冲锋陷阵 ， 但我们能创造出‘不战而屈人之兵’的力量 。 ”
“谁不向往安逸的生活 ， 但总想日子过得更有意义 。 就像身边的很多女同事‘不爱红妆爱武装’ ， 投身航天器设计这门‘冷科学’之中 ， 同样可以干得投入！”高太元说 。
破解卡脖子问题省下千万元量级经费
工欲善其事 ， 必先利其器 。 过去这几年 ， 高太元所在的这支科研团队不断思考着一个大问题 ， 即如何在最短的时间里 ， 将“几何参数”变为“气动参数” 。 最终 ， 他们经过几年努力 ， 以一键式智能优化设计为方向 ， 建成了高性能计算中心 。
以前 ， 他们只能通过风洞试验来获取“气动参数” ， 如今 ， 高性能计算中心的出现 ， 可以替代风洞试验获取80%~90%气动数据 ， 每年省下千万元量级的成本 。
“就好比设计一辆自行车 ， 先确定自行车各个部件的数据 ， 再根据这些数据在绘图软件上进行手动绘画 ， 诸如钢条、链条、齿轮、螺母等这些小部件都要精确无误 。 如此一来 ， 一个自行车模型的设计 ， 很可能就需要画个上千笔 ， 如果需设计多个外形供最终挑选 ， 就要耗费难以想象的时间和人力 。 ”李艳丽说 。
而如今 ， 采用了一键式智能优化设计 ， 则是在确定部件形状尺寸之后 ， 将得到的数据输入事先设计好的参数化程序 ， 只需按下按钮 ， 所需设计模型即可生成 。
从此 ， 老一辈航天设计师“用算盘计算气动参数、十多个人一算就是一个月”的科研场景 ， 成为历史 。
“我们的创新就是要从国家需求出发 ， 关注受制于人的技术领域 ， 解决技术瓶颈关键问题 。 也正是在这个意识下我们提出大量新概念 ， 敢为天下先 。 ”中国航天科工四院四部主任钟世勇说 。
李艳丽告诉采访人员 ， 她所在的四部以气动专业等技术瓶颈为突破口 ， 逐步形成了基于大数据的航天器总体设计创新模式 ， 提升了总体设计方案初始的成熟度和可靠性 ， 迭代设计周期大幅缩短 。 而这些 ， 也最终形成了面向航天器全生命周期的应用模式 ， 有力支撑了装备的体系化发展 。
高太元说 ， 他的日常工作就是和“升阻比”“装填”“稳定性”“防热”“载荷”这些所谓的航天器设计制约因素打交道 ， “而最有成就感的事 ， 就是将这些制约设计的‘拦路虎’都打倒 ， 破解卡脖子难题 ， 做出方案来 。 ”
满天星云正扑面而来
而这些 ， 在很大程度上得益于这家科研单位对于年轻科技人才的重视 。 中国航天科工四院四部党委书记张邵军告诉采访人员 ， 在四院四部 ， 只要肯拼搏进取 ， 只要能创新创效 ， 单个项目团队获奖50万元、100万元 ， 个人拿到十几万元甚至几十万元的奖励早已不是新鲜事 ， 突出贡献专家和学术技术带头人不断涌现 。
张磊就是其中一名佼佼者 。 回忆刚来航天的那段岁月 ， 无数个通宵达旦已经印象模糊 ， 但师傅对他的“唠叨”至今仍回响在耳边：“台阶要一步步地爬 ， 事情要一件件地做” ， 这样的工作态度伴随他直到现在 。
“站在‘山顶’回望最初那段岁月 ， 所有的‘台阶’历历在目 ， 攀爬的过程正是一个气动新人成长的见证 。 ”张磊说 。
贾轶楠是一名航天新兵 ， 这位清华大学力学专业高材生择业时 ， 毫不犹豫地迈进中国航天科工四院四部的大门 。 她告诉采访人员 ， 气动(水动)团队年轻积极的氛围打动了她 ， 这里有活力 ， 有创造力 ， 很温暖 ， 关注每一个成员的成长 。
“很多入职五六年的青年已成为中流砥柱 ， 看到他们 ， 就像看到五六年以后的自己 。 ”贾轶楠说 。
在钟世勇看来 ， “当下是年轻航天人最好的时代” 。
他向采访人员打了个比方 ， 如果把国家任务、航天事业的发展比作一个航天器 ， 那么在他的青年时代 ， 航天器的飞行速度很慢 ， 迎面而来的只是寥寥星辰；而如今 ， 航天器的速度则有了质的飞跃 ， 那种情景就是——浩瀚宇宙中的满天星云 ， 扑面而来！
“这当然要求年轻人拥有更快的反应速度 ， 不能犹豫！”
张邵军说 ， 航天人极少在新闻报道中露面 ， 他们默默地付出隐藏在历史的更深处 ， 中国航天科工四院四部气动研究团队在这一方面尤为典型 。 “我们清楚自己在干什么 ， 国家认可我们在干什么 ， 人民受益于我们的工作 ， 这就足够了” 。
阿波罗1号事故发生后 ， 美国国家航空航天局对该型号做了重新设计 ， 结果就包括舱门的“再设计”：由向内开启 ， 改为向外开启 。 后来美国人拍了一部电影《阿波罗13号》 ， 还专门提到这次事故 。
对李艳丽及其团队来说 ， 他们常常以这样的例子来提醒自己：“我们自己亲手画下的、亲手设计的航天器 ， 还有没有可能出现问题？”
就像他们常常问自己的：“万分之三与万分之四 ， 小数点后第五位的四舍五入 ， 对整个型号任务方案究竟能带来什么影响？”
——失之毫厘 ， 谬以千里 。
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