“梦之舟”团队：为飞船打造超强“大脑”——记中国航天科技集团公司五院502所飞船工程组

□ 贺喜梅

“梦之舟”团队：为飞船打造超强“大脑”
——记中国航天科技集团公司五院502所飞船工程组

□ 贺喜梅

人人都有太空梦，而作为我国11艘神舟飞船、1艘货运飞船GNC（制导、导航与控制）系统的缔造者，他们的太空梦更加强烈。在一张白纸上，他们用23年的智慧编织梦想，从成千上万的信息流和代码中“抽丝剥茧”，先后参与攻克了返回控制技术、自主故障诊断和应急救生技术、交会对接控制技术等，让太空漫步、太空之吻变成事实。

而当面对成功时，班组长刘宗玉谦逊地说：“能承担这样一份神圣使命，本身就很光荣，而能不负众望圆满完成这项任务，更是光荣。”

这，就是中国航天科技集团公司五院502所飞船工程组，一支仅19人的团队。因为始终在“逐梦天宇，控写传奇”的路上，他们自称为“梦之舟”班组。

从无到有首代GNC玩转天地间

GNC是制导、导航与控制的英文缩写。在飞船系统中，GNC负责飞船飞行全过程的姿态和轨道控制以及在轨太阳帆板控制。也就是说，飞船如何运动、如何返回是由GNC决定的。正因为此，有人将GNC比喻为飞船的眼睛和大脑。有位从事GNC研制的专家曾说：如果没有GNC，飞船只能停留在科学幻想的阶段。

1994年，飞船工程组初成立时，只有美国和俄罗斯掌握飞船GNC技术。从哪里入手，一时间，研制人员就像“老虎吃天——无处下口”一样，有劲使不上。

“可以说，从无到有是靠人和时间堆砌起来的。”据参与了11艘神舟飞船GNC系统研制的班组产品保证经理李婷介绍，当时的计算机落后，大部分计算和数据判读需要人工完成，当时已50多岁的原班组长王南华带领十几个组员啃硬骨头，搞设计、做计算、做测试，已经到了痴迷的程度。他们曾经半年时间吃住在单位，即便后来到了发射场，还在编写控制软件，心中的压力如巨石一般沉重。

终于，在继承我国返回式卫星控制系统成熟技术的基础上，班组参与研制出我国第一个具有制导、导航和控制全部功能的GNC系统，并解决了系统的故障自主诊断和系统的自动重构问题等。

此外，本着对航天员安全负责的态度，飞船工程组还在GNC系统中设计了相对独立、满足人体工效学、可由航天员启动和操作的手动控制系统。

事实上，从神舟一号飞船到神舟五号飞船，GNC控制精度不断提高。当神舟五号飞船成功落地后，指挥部领导向中央汇报说，神舟五号飞船“打靶”中了十环。

其实，这比中了十环要难得多。除了电视上呈现的完美轨迹，该班组在姿态确定与返回再入控制技术上采用了多项新技术，如返回再入自适应制导等技术，保证了飞船具备多种条件下安全准确返回的能力。

▲ “天舟”与“天宫”对接示意图

▲ 地面测控站（船）向准备对接的“天舟”“天宫”发送指令

从有到强强大脑操控“万里穿针”

2011 年11 月3 日，天宫一号和神舟八号上使用的光学成像敏感器上演了首次“太空之吻”，性能指标达到世界前列，对接精度比设计要求高近10倍，标志着我国首次掌握了空间交会对接GNC技术。

那一刻，北京指挥控制中心的飞船工程组团队激动地抱在了一起。“起初心里很没底，当看到交会对接精度时，非常激动，五六年的辛苦付出值了，后续工作的信心也更足了。”尽管2005博士毕业后就来到了502所，但神舟八号是刘宗玉完整跟下来的第一个神舟型号。如今再回忆过往，他依然十分激动。

倘若说返回控制技术是神舟飞船第一代GNC系统的重大突破，那么交会对接技术当属第二代GNC系统的主要突破——同样是在一张白纸上作图，不同的是，随着现代信息技术的发展，他们有了快速仿真技术、虚拟测试平台的支持。

在神舟八号飞船GNC分系统研制中，交会对接敏感器是最关键也是最难啃的硬骨头，而其中又以光学成像敏感器、激光雷达、微波雷达的研制最为艰辛。为了在地面验证交会对接敏感器的性能，从2007年到2011年，飞船工程组专门模拟交会对接轨迹和环境，先后奔赴全国各地开展了性能试验等。

据副组长冯烨回忆，西北的冬天特别冷，白天他们冒着严寒测试，晚上就几个人挤在临时搭建的帐篷里互相取暖。而在直升机挂飞试验中，他们更是只能坐在夹板上判读测试数据，颠簸得头晕恶心。“我记得，在沙漠做试验时，气温达到40摄氏度，大巴车里开着空调，可温度始终降不下来。”组员刘增波说。

此外，为了实现对飞行器的闭环控制，飞船工程组利用现代信息手段，设计了交会对接敏感器模拟器，并研制了一套交会对接地面测试系统。也正是因为这些严丝合缝的试验与测试验证，才有了神舟八号和天宫一号的“万里穿针”。

2013 年，神舟十号和天宫一号在太空上演了一曲优美的舞蹈，从多个对接方向“亲吻”，并首次全面验证了人控系统的高可靠性。据成员李志宇介绍，他们在地面上设计了一整套模拟座舱系统，并升级了计算机平台。航天员在这里可以真实模拟太空手控操作，他们亲切地称这些全心全意为其安全考虑的航天人为老师。“每一次过来模拟操作，航天员都非常认真，有时还会要求操作多遍。”

▲ 神舟七号飞船回收现场

从神舟到天舟首次实现全自动绕飞

作为我国首艘货运飞船，天舟一号已经经历了与天宫二号的两次交会对接，第一次交会对接验证了货运飞船在阳照条件下的交会对接能力，第二次交会对接前进行了绕飞。与之前神舟十一号的绕飞不同，此次货运飞船绕飞是一次全自动绕飞，GNC系统的计算机接到绕飞指令后自主规划出最优绕飞轨迹，自主进行变轨控制，不需要地面人员的干预。

其实早在2012年，当人们还沉浸于交会对接任务圆满成功的喜悦中时，飞船工程组就瞄准了货运飞船的各项新技术研究。在天舟一号GNC系统正样硬件和软件产品研制已经完成，开始出厂前的最后测试时，有专家试探性地提出能否在天舟一号上使用一些新技术，飞船工程组兴奋地答应了。

飞船工程组需要在不打乱既定研发计划的基础上，用最短的时间、做最少的改动来满足新任务要求。为此，他们1年内升级了多个软件版本，并对高精度、高可靠、符合工程约束的GNC系统方案进行了全方位的验证。

与神舟飞船不同，天舟一号货运飞船是全新的结构。据负责货运飞船GNC分系统测试的组员李明明介绍，整船在初样测试和正样测试的基础上，增加了鉴定飞船测试。所以，测试战线更长、难度更大。

“尤其是初样测试，是一个痛苦的迭代过程。从2012年8月到2014年5月，我们大都是晚上九十点下班，在测试中发现的问题以及我们认为设计上需要改进的地方有近200项。”李明明自豪地说。

2015年初，飞船进行了近两个月的模拟飞行测试。为了保证模飞测试顺利进行，每次模飞测试前一天，副组长冯烨都会带领刘增波、王瀛、于欣欣、胡宇桑进行一次等时长的系统测试。当时恰逢春节，年初七要进行模飞测试，他们就初六到位进行系统测试。后方班组成员更是时刻准备增援前方、前后连动。

工作中，班组成员“每个人心中都有一根关于‘细致’的‘弦’”。例如，加电测试阶段，他们负责的数据参数表有600多页，需要关注的参数有3000多个。“每个参数的变化都有可能反映系统的特征表现，即便暂时没有表现出问题也要找出原因，防止一切可能出现的问题。”组员高伟告诉记者。

正是研制人员时刻紧绷“细致”这根“弦”，才造就了飞船组不败的战绩。

“第一次交会对接时，我捏了一把冷汗，在成功那一刹那，整个北京指挥控制中心的楼宇响起震耳掌声，我认为这是对我们的肯定。”李明明说。

▲ 航天员刘洋在模拟座舱进行手控模拟训练

新老搭配“雁阵”结构打造最强梯队

在飞船工程组，光学类、机电类、电子类等产品研制人员，软件开发人员等就如同七巧板，任何一块都不能缺。如何让这些人才发挥出1+1＞2的效果，将型号研制与人才梯队建设有机融合，是几代班组长一直在思考的问题。

自然界中，“人”型雁阵是大雁飞得最快最省力的构型，雁阵飞行速度是单只大雁的1.71倍。飞船工程组借鉴这一理念,创建“雁阵”人才培育模式。

早期，面对交会对接任务技术难度大、新研设备多、研制周期短等诸多难题，班组“雁阵”体系以“正、副组长为领头雁、技术平台负责人为中坚雁、组员为前行雁”，细化“雁阵”中每个成员的具体职责，形成了良好的班组发展氛围。

第一任“领头雁”王南华是将“严慎细实”作风诠释到极致的人。她习惯随身携带笔记本，把问题和要点随时记录在册。对于每一个设计接口，她都坚持测试到位、眼见为实。“搞航天走的是一条攀登路，任务重，风险大，只能尽一切可能做好！”王南华说。她这种严慎细实的作风被“雁子们”很好地传承了下来。

这么多年来，班组的工作状态从十几个人干一艘飞船变成了十几个人干几艘飞船，班组长也经历了四代，但刻苦钻研、小心求证的精神始终不变。

“严慎细实说起来简单，做起来难。载人飞船几十件产品，每一个敏感器在什么阶段可能出现什么故障，出了故障后采取什么对策……我们需要想到几百个预案。不仅要想到，还要实实在在验证、测试到。”刘宗玉说。因为对待工作比较较真，所有测试数据必须要眼见为实，他被同事们称之为“轴人”。

近年来，飞船组型号任务出现井喷式发展，立足科研生产任务“多型号并举，多专业并存”的特点，班组衍生出“微雁阵”。“微雁阵”成员呈动态化模式，根据型号各研制阶段的任务不同，“领头雁”由多位技术骨干更替轮换担任，“前行雁”呈交替式动态“位移”，在型号研制各阶段负责不同的工作。

“从生物学角度考虑，大雁在飞的过程中是会交替换位的，以达到省力的效果。”副组长冯烨介绍说，“我们把不同的飞船型号作为不同的平台，每个平台有一个成熟的技术骨干担任负责人，带领几名技术人员开展设计或测试工作。当这几个人逐渐成熟后，再把他们分到其他平台的不同位置上去。”

这种新老搭配、交替换位的模式，不仅提高了工作效率，也加速了人才成长。

近年来，飞船工程组积极承担预先研究工作，涌现出一大批“跨型号”“跨领域”的新型专业人才。他们承担起快速仿真验证、数字化设计等方面工作，涉及多个“微雁阵”系统，是新型“跨界雁”人才，具备多项专业新技术。

如今，在刘宗玉的带领下，几个“微雁阵”正在新一代载人飞船GNC系统研制的道路上振翅飞翔，续写“船”奇。★