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“宇宙星探X”,從科學構(gòu)想走向工程實現(xiàn)

時間:2017年06月16日 信息來源:《國際太空》 點擊:8507 字體:

作為我國首個空間X射線天文衛(wèi)星,硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星承載著我國高能物理學界與天文學界眾多科學家多年的夢想。此次成功發(fā)射太空,不僅使我國在空間天文領域內(nèi)擺脫觀測數(shù)據(jù)源受制于國外、難以率先獲得創(chuàng)新性成果的尷尬局面,為獲得重大科學產(chǎn)出、實現(xiàn)跨越式發(fā)展奠定新的里程碑;而且也是承擔衛(wèi)星抓總研制任務的航天科技集團五院總體部和承擔科學目標提出、有效載荷研制的中科院高能所兩支“國家隊”精誠合作,打造用中國的理論、中國的衛(wèi)星,提供給中國和全世界的科學家使用的太空望遠鏡,樹立工程與科學、工程與技術完美融合的典范。

聯(lián)姻,趟出一條深度融合的新路

與以往五院承擔的其他衛(wèi)星型號相比,硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星最大的特點在于其獨特的有效載荷。從技術角度來看,該衛(wèi)星有效載荷工作在X射線頻段內(nèi),無論是工作原理、系統(tǒng)組成、性能指標、檢驗方法,衛(wèi)星平臺接口等,都與傳統(tǒng)的衛(wèi)星研制有很大的不同;從型號工作角度來看,有效載荷的承擔單位不僅是航天系統(tǒng)外的部門,而且是一家以高能物理研究為主要業(yè)務的基礎科學研究所,無論在工程經(jīng)驗、產(chǎn)品質(zhì)量控制規(guī)范性、還是在研制隊伍運作的規(guī)范性上,與航天型號要求都有一定的差距。特別是凝結(jié)了國內(nèi)眾多科學家近20年心血才得以面世的有效載荷分系統(tǒng),在型號方案階段組織開展的風險識別專項工作中,赫然成為占全“九新”(新技術,新材料,新工藝,新狀態(tài),新環(huán)境,新單位,新崗位,新人員,新設備)的分系統(tǒng),不僅在整星內(nèi)獨一無二,而且在國內(nèi)眾多在研衛(wèi)星中也是非常少見的。 

這些背景都為硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星帶來了新挑戰(zhàn):對于負責研制的中科院高能所團隊來說,就像新手剛拿到駕照就要上高速跑長途,而且要求快速、安全、準時抵達,其壓力可想而知;對于負責衛(wèi)星抓總的五院總體部而言,不僅新用戶、新單位、新人員是無法回避的風險源,而且航天型號的進度與經(jīng)費壓力也絕不能容忍高昂的試錯成本,何況還有大量的新技術、新工藝等問題亟待解決,各種困難實實在在。

如何破局?來自五院的王希季院士指出:“要站在國家和使命的角度幫助有效載荷上天!”高屋建瓴的一句話為打破困局指明了方向——聯(lián)姻、共贏,從此,衛(wèi)星平臺和用戶載荷兩個研制單位緊緊地聯(lián)系在一起。

“聯(lián)姻”不是一句口號,而是需要雙方真正地相互了解,相互支持。作為衛(wèi)星平臺研制方,五院總體部在充分了解用戶科學目標和相關要求的基礎上,通過精細的工作,在過程中加以實現(xiàn);同時,用戶方中科院高能所也需要充分了解和遵守航天標準,實施有效載荷的研制。為了實現(xiàn)這個共同的目標,衛(wèi)星研制團隊始終堅持中國航天“有問題共同商量,有困難共同克服,有余量共同掌握,有風險共同承擔”的“四個共同”理念,以寬廣的胸懷與科學載荷研制單位一起并肩戰(zhàn)斗。

在衛(wèi)星研制中,五院總體部的技術人員數(shù)十次深入用戶部門,與用戶切磋研討,向科學家虛心求教,充分了解科學目標的深層內(nèi)涵和任務要求,在對科學目標和用戶需求深度理解,實現(xiàn)工程與科學深度融合的基礎上,尋求從技術上的解決之道,在衛(wèi)星研制實踐中加以實現(xiàn)??梢哉f,每一步工程進展,每一個技術問題突破,用戶每一項要求的滿足,都是在航天人與科學家一道研究的基礎上解決和實現(xiàn)的。每當科學載荷研制中遇到技術難點和困惑的時候,五院總體部多次主動靠上去,一起分析技術細節(jié),優(yōu)化技術和管理,解決遇到的困難,為完成科學載荷研制任務提供了有力的支撐。

此外,合作還體現(xiàn)在充分利用五院擁有的世界一流的研制試驗驗證設備和技術,對有效載荷研制單位進行技術支撐、配套、驗證等各個方面。只要用戶提出來,只要技術上有需要,五院都會舉全院之力,責無旁貸的予以支持。比如,從產(chǎn)品配套上來講,高能望遠鏡主結(jié)構(gòu)、低能望遠鏡的電子學電路就由五院制造,裝配也由五院組織實施。在空間科學領域工程與技術,航天人與用戶科學家之間的精誠合作,最終保證了研制任務的順利推進。

創(chuàng)新,展示我國空間科學領域新實力

面對全新的領域和用戶嚴苛的要求,航天科技集團五院緊密圍繞科學目標的實現(xiàn),以最大化實現(xiàn)科學目標和用戶要求為最高準則,瞄準國際一流破解衛(wèi)星工程關鍵技術,提出“以新制新”的技術構(gòu)想,大膽采用新方法解決有效載荷提出的新問題,傾力打造國際一流的空間天文望遠鏡。

研制以來,五院總體部結(jié)合任務需求,對衛(wèi)星的工作模式展開了深入的論證,對研制難度較大的控制、測控、數(shù)傳、熱控等分系統(tǒng)的技術方案進行了反復專題討論、優(yōu)化論證和深入的技術研究。比如,為了解決望遠鏡內(nèi)近乎“冰炭同爐”的熱設計挑戰(zhàn),總體部熱控設計師們動用了包括深冷熱管在內(nèi)的核心儲備技術;還比如,針對衛(wèi)星測控與數(shù)傳任務的特殊性,進行了測控與數(shù)傳方案優(yōu)化論證,實現(xiàn)了全空間覆蓋、可見即可控可傳的測控與數(shù)傳方案等。通過一系列總體深入論證與設計工作,簡化了衛(wèi)星設計的復雜難度,實現(xiàn)了有效載荷苛刻的技術要求,滿足了多種觀測模式需求,為獲取更多的科學數(shù)據(jù)提供了基礎保證。

特別值得一提的是,五院衛(wèi)星研制團隊在任務規(guī)劃安排上還提出多種優(yōu)化方案,盡可能給用戶和科學家提供多種靈活的選擇,保證了探測目標的實現(xiàn)和任務的實施。

與此同時,衛(wèi)星在設計技術、姿態(tài)控制、熱控、封裝工藝、試驗驗證等方面有多項技術添補了國內(nèi)空白,促進了我國空間技術的創(chuàng)新發(fā)展,充分展示出航天科技集團五院在我國空間科學領域的雄厚實力。

求同,用“航天標準”為科學產(chǎn)品貼上可靠標簽

硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星的有效載荷在技術上非常復雜,集成度高,其質(zhì)量如何對確保望遠鏡獲取數(shù)據(jù)非常關鍵,其中任何一個點出現(xiàn)問題,都將給型號進度和衛(wèi)星的質(zhì)量帶來嚴重的影響。衛(wèi)星研制過程中,五院團隊在充分借鑒和堅持航天已有的成熟經(jīng)驗和相關規(guī)定,嚴格按照項目管理規(guī)范科學組織衛(wèi)星工程實施的同時,還著眼于項目的特點,不斷創(chuàng)新管理理念,積極探索強化科學載荷研制管理的規(guī)律和質(zhì)量控制方法。

“沒有規(guī)矩不成方圓”。為確保研制質(zhì)量,航天科技集團五院以嚴慎細實的工作作風為主導,將數(shù)十年來積淀的行之有效的質(zhì)量工作方法、系列管理規(guī)定和成功經(jīng)驗,移植到有效載荷研制工作中去,將航天人嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L落實到有效載荷的設計師隊伍中去。然而,在有效載荷研制工作之初,中科院高能所研制人員卻感到不理解、不適應、不習慣。為確保萬無一失,五院總體部對其進行了一系列航天質(zhì)量管理標準、法規(guī)和規(guī)章制度的培訓,宣貫在幾十年的航天征程中,中國航天形成的一整套科學有效的型號設計、研制、試驗驗證標準規(guī)范,尋求他們對航天“基本法”的認同與理解,以形成共同的理念,共同的使命,共同的目標,共同的標準,共同的文化。

此外,衛(wèi)星研制團隊還積極協(xié)助承制方進行方案優(yōu)化和系統(tǒng)仿真,并從元器件設計源頭開始,嚴格按照宇航標準進行質(zhì)量控制和組織生產(chǎn)。為嚴格把好關鍵環(huán)節(jié),在生產(chǎn)過程中,五院總體部始終派人深入現(xiàn)場指導和監(jiān)造,進行過程控制,保證了科學載荷研制不出反復,順利推進。為規(guī)避科學載荷研制風險,五院總體部還堅持與載荷研制隊伍開展階段性風險預判分析制度,做到精準預判,精確對策,精心化解,最大限度的規(guī)避了研制和使用中的風險。比如針對分析中提出的科學載荷長時間在太空環(huán)境下工作,元器件、原材料老化退化,有可能影響科學載荷工作的情況,有針對性的加強和改進了多項工藝和處理方法,以確保探測器最大限度的發(fā)揮性能,為有效保證科學載荷的研制質(zhì)量打下了堅實的基礎。

通過工程實踐的歷練和培養(yǎng),五院協(xié)助中科院培養(yǎng)和造就了一批具有航天質(zhì)量意識和業(yè)務素養(yǎng)的研制隊伍,為最終確保衛(wèi)星安全、可靠上天奠定了堅實的基礎。

可以說,硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星的研制,充分吸收了五院幾十年來衛(wèi)星工程的成功經(jīng)驗和技術成果,充分體現(xiàn)出研制隊伍



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