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“宇宙星探X”,從科學(xué)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:8375 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(yuǎn)鏡衛(wèi)星承載著我國高能物理學(xué)界與天文學(xué)界眾多科學(xué)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(lǐng)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(xué)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(dān)衛(wèi)星抓總研制任務(wù)的航天科技集團(tuán)五院總體部和承擔(dān)科學(xué)目標(biāo)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(xué)家使用的太空望遠(yuǎn)鏡,樹立工程與科學(xué)、工程與技術(shù)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(dān)的其他衛(wèi)星型號相比,硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星最大的特點在于其獨特的有效載荷。從技術(shù)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(biāo)、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(dān)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(wù)的基礎(chǔ)科學(xué)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(xué)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(fēng)險識別專項工作中,赫然成為占全“九新”(新技術(shù),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(shè)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(yuǎn)鏡衛(wèi)星帶來了新挑戰(zhàn):對于負(fù)責(zé)研制的中科院高能所團(tuán)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(zhǔn)時抵達(dá),其壓力可想而知;對于負(fù)責(zé)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(fēng)險源,而且航天型號的進(jìn)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(shù)、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(xué)目標(biāo)和相關(guān)要求的基礎(chǔ)上,通過精細(xì)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(biāo)準(zhǔn),實施有效載荷的研制。為了實現(xiàn)這個共同的目標(biāo),衛(wèi)星研制團(tuán)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(fēng)險共同承擔(dān)”的“四個共同”理念,以寬廣的胸懷與科學(xué)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(shù)人員數(shù)十次深入用戶部門,與用戶切磋研討,向科學(xué)家虛心求教,充分了解科學(xué)目標(biāo)的深層內(nèi)涵和任務(wù)要求,在對科學(xué)目標(biāo)和用戶需求深度理解,實現(xiàn)工程與科學(xué)深度融合的基礎(chǔ)上,尋求從技術(shù)上的解決之道,在衛(wèi)星研制實踐中加以實現(xiàn)。可以說,每一步工程進(jìn)展,每一個技術(shù)問題突破,用戶每一項要求的滿足,都是在航天人與科學(xué)家一道研究的基礎(chǔ)上解決和實現(xiàn)的。每當(dāng)科學(xué)載荷研制中遇到技術(shù)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(shù)細(xì)節(jié),優(yōu)化技術(shù)和管理,解決遇到的困難,為完成科學(xué)載荷研制任務(wù)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(shè)備和技術(shù),對有效載荷研制單位進(jìn)行技術(shù)支撐、配套、驗證等各個方面。只要用戶提出來,只要技術(shù)上有需要,五院都會舉全院之力,責(zé)無旁貸的予以支持。比如,從產(chǎn)品配套上來講,高能望遠(yuǎn)鏡主結(jié)構(gòu)、低能望遠(yuǎn)鏡的電子學(xué)電路就由五院制造,裝配也由五院組織實施。在空間科學(xué)領(lǐng)域工程與技術(shù),航天人與用戶科學(xué)家之間的精誠合作,最終保證了研制任務(wù)的順利推進(jìn)。

創(chuàng)新,展示我國空間科學(xué)領(lǐng)域新實力

面對全新的領(lǐng)域和用戶嚴(yán)苛的要求,航天科技集團(tuán)五院緊密圍繞科學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn),以最大化實現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)和用戶要求為最高準(zhǔn)則,瞄準(zhǔn)國際一流破解衛(wèi)星工程關(guān)鍵技術(shù),提出“以新制新”的技術(shù)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(yuǎn)鏡。

研制以來,五院總體部結(jié)合任務(wù)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(shù)方案進(jìn)行了反復(fù)專題討論、優(yōu)化論證和深入的技術(shù)研究。比如,為了解決望遠(yuǎn)鏡內(nèi)近乎“冰炭同爐”的熱設(shè)計挑戰(zhàn),總體部熱控設(shè)計師們動用了包括深冷熱管在內(nèi)的核心儲備技術(shù);還比如,針對衛(wèi)星測控與數(shù)傳任務(wù)的特殊性,進(jìn)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(shè)計工作,簡化了衛(wèi)星設(shè)計的復(fù)雜難度,實現(xiàn)了有效載荷苛刻的技術(shù)要求,滿足了多種觀測模式需求,為獲取更多的科學(xué)數(shù)據(jù)提供了基礎(chǔ)保證。

特別值得一提的是,五院衛(wèi)星研制團(tuán)隊在任務(wù)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(xué)家提供多種靈活的選擇,保證了探測目標(biāo)的實現(xiàn)和任務(wù)的實施。

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

求同,用“航天標(biāo)準(zhǔn)”為科學(xué)產(chǎn)品貼上可靠標(biāo)簽

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星的有效載荷在技術(shù)上非常復(fù)雜,集成度高,其質(zhì)量如何對確保望遠(yuǎn)鏡獲取數(shù)據(jù)非常關(guān)鍵,其中任何一個點出現(xiàn)問題,都將給型號進(jìn)度和衛(wèi)星的質(zhì)量帶來嚴(yán)重的影響。衛(wèi)星研制過程中,五院團(tuán)隊在充分借鑒和堅持航天已有的成熟經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)定,嚴(yán)格按照項目管理規(guī)范科學(xué)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(qiáng)化科學(xué)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(tuán)五院以嚴(yán)慎細(xì)實的工作作風(fēng)為主導(dǎo),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(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)落實到有效載荷的設(shè)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(yīng)、不習(xí)慣。為確保萬無一失,五院總體部對其進(jìn)行了一系列航天質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)和規(guī)章制度的培訓(xùn),宣貫在幾十年的航天征程中,中國航天形成的一整套科學(xué)有效的型號設(shè)計、研制、試驗驗證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,尋求他們對航天“基本法”的認(rèn)同與理解,以形成共同的理念,共同的使命,共同的目標(biāo),共同的標(biāo)準(zhǔn),共同的文化。

此外,衛(wèi)星研制團(tuán)隊還積極協(xié)助承制方進(jìn)行方案優(yōu)化和系統(tǒng)仿真,并從元器件設(shè)計源頭開始,嚴(yán)格按照宇航標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制和組織生產(chǎn)。為嚴(yán)格把好關(guān)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(dǎo)和監(jiān)造,進(jìn)行過程控制,保證了科學(xué)載荷研制不出反復(fù),順利推進(jìn)。為規(guī)避科學(xué)載荷研制風(fēng)險,五院總體部還堅持與載荷研制隊伍開展階段性風(fēng)險預(yù)判分析制度,做到精準(zhǔn)預(yù)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(fēng)險。比如針對分析中提出的科學(xué)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(xué)載荷工作的情況,有針對性的加強(qiáng)和改進(jìn)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(xué)載荷的研制質(zhì)量打下了堅實的基礎(chǔ)。

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(wù)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(chǔ)。

可以說,硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)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(shù)成果,充分體現(xiàn)出研制隊伍



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