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天问一号环绕器设计师牛俊坡在地球解

来源:遥感 时间:2023/5/9

“中国青年五四奖章”是共青团中央、全国青联授予中国优秀青年的最高荣誉,旨在树立政治进步、品德优秀、贡献突出的青年典型,反映当代青年的精神品格和价值追求。今年,又一批青年科研人员、团体获得“中国青年五四奖章”。

为展示中国青年科学家优秀创投精神面貌,鼓励青年科技工作者做科学家精神的传承者,创新立业的先锋队,科技经济深度融合的践行者,构建人类命运共同体的筑路人,《中国科技信息》杂志继续延续“青年科学家”栏目品牌,对话获得本届“中国青年五四奖章”的个人与团体,展示他们的科研历程及成果,探讨青年人心中“科学精神”的深刻含义。

火星上是否存在生命?火星气候的过程和历史如何?火星作为一个地质系统起源和演化轨迹是什么?未来火星是否支持载人探索?带着这些问题,中国于年7月23日开启首次自主火星探测之旅。

中国第一次自主火星探测任务“天问一号”探测器由环绕器和着陆巡视器组成,年2月10日晚,天问一号火星探测器到达火星,并成功捕获火星,成为中国第一颗人造火星卫星。年5月“天问一号“探测器实施降轨,着陆巡视器与环绕器分离,软着陆火星表面,火星车驶离着陆平台,开展巡视探测等工作。

这是中国火星探测史上的一个历史性时刻,不仅实现中国在深空探测领域的技术跨越,更意味着中国正式成为了第二个成功登陆火星的国家。

泱泱大国的航天梦,再度开启了新的征程。每当想到这些,曾参与过天问一号火星环绕器的研制的青年科学家牛俊坡都深有感触。“从最初成立天文协会,通过望远镜仰望星空,到现在成功研制环绕器抵近观察火星,大家一切的初心,不过是为了实现心中朴素的梦想。”

“朴素”,天问一号火星环绕器总体主任设计师牛俊坡,在获得第26届中国青年五四奖章之后接受《中国科技信息》采访时,这样形容自己的初心与梦想。

然而,正是这种以“脚踏实地”的姿态去“仰望天空”的奋斗历程,让牛俊坡收获了最为宝贵的“财富”,也为我们国家的航天事业写下了浓墨重彩的一笔。

十年磨一剑坚持从原理出发、用数据说话

身为“80后”的牛俊坡,于年在哈尔滨工业大学硕士毕业,随后进入中国航天科技集团八院所工作。在他这13年的青春里,主要做了一件事,那就是参与天问一号火星环绕器的研制。环绕器的作用是实现从地球到火星的行星际转移、完成高精度火星捕获制动、为着陆巡视器建立良好的着陆条件并提供中继通信。同时,环绕器还负责环绕火星开展广域的地形地貌、次表层水冰等探测,从而让中国科学家得到更多火星科学数据。

由此看来,环绕器的重要性不言而喻。也正是因为环绕器如此重要,才使得牛俊坡等人“十年磨一剑”,潜心打磨、钻研。

年,刚刚毕业的牛俊坡在所参加工作,参与卫星的研制及发射任务。随着工作的逐渐深入,这个还稍显稚嫩的新航天人逐渐意识到:投身航天不仅是选择了一份工作;航天这两个字的背后,是沉甸甸的使命与责任。

工作两年后,牛俊坡被调入新成立的深空探测总体室工作,也正是在那一年,在科工局的领导下,我国深空探测重大专项论证正式拉开了帷幕。

不过,我国是深空探测领域的后来者,技术积累十分有限。为了实现深空探测工程的目标,需要攻克一系列关键技术:机会唯一的制动捕获如何踩刹车?过程复杂的两器分离过程如何设计?遥测遥控中断30多天的“日凌期”如何度过?这些问题论证团队陷入了沉思。

面对重重困难、挑战,牛俊坡带领几名技术骨干挺身而出。“自主管理与控制技术是环绕器的核心大脑,不能假手于别人,再硬的骨头也要自己啃下来!”这是他当时最直接、真实的想法。

对于搞科研的人来说,原理、数据是绕不开的话题,牛俊坡更是如此。“从原理出发,用数据说话这个理念深深地植入我的内心,也是我理解的科学精神。”牛俊坡说,从“原理出发”指的是要按照科学的原理,遵循科学最基本的规律去开展工作。“用数据说话”就是用数据和事实来进行判断,认真分析数据或曲线,定量分析数据,理解数据背后的物理含义,做到机理清楚。航天属于工程技术领域,必须依据科学原理、尊重客观事实,不唯书、不唯上、不迷信权威,才能让我们吃透技术、少犯错误、确保成功。

保持着这样的清晰认识,牛俊坡带领着比自己更加年轻的同事,组建了技术攻关小组。为了一个指标的实现,他不知疲倦、验证计算;为了一个细节的确认,他不计辛苦、反复推敲。为了更好发挥协作优势,在两个月的时间里,他频繁往返于京沪之间:安静的办公室、烈日的午后、深夜的大街,到处都是他执着求索的身影……

最终,团队技术方案获得科工局专家充分肯定,并在多轮激烈竞争后成功拿下了重点预研项目。很快,越来越多的好消息纷至沓来:课题研究先后取得重大突破;环绕器自主控制的难题被成功解决……在磨砺中坚韧,于困境中成长,牛俊坡逐渐在深空探测器论证和总体设计方面崭露头角。

道阻且长历经层层考验终迈出重要一步

天问一号作为我国首次行星探测任务,迈出了我国星际探测征程的重要一步。而这仅仅“一步之遥”,却让牛俊坡感到道阻且长。

火星探测工程立项以后,火星环绕器的研制工作也正式开始了,牛俊坡的考验也接连而至。我国航天事业探测的目标从地球到月球,再到火星,甚至以后到更远的其他行星或宇宙天体,每一次的探索,都面临着完全陌生的环境、特性,这便是探测器设计的难点、重点。

天问一号环绕器与火星合影

而一项项的难点,都被牛俊坡和他所在的团队化解了。从“测控数传一体化顶层方案”到“环绕器斜装天线+姿态对日慢旋”策略制定,从“设计32bps码速率下的测控应急短帧”到提出“2.5米大口径天线在轨标定方案”,技术难点在哪里,牛俊坡的身影就出现在哪里。

年初,一场突如其来的疫情打乱了火星环绕器正样产品的出厂步伐。由于交通管制,人员往返北京参加两器联试的安排严重受限。为了降低人员流动风险,工作被分为两部分:与飞行控制中心的无线1:1联试在北京进行,专项和整器出厂评审在上海进行。

年的春节,在大多数人还在因疫情而长时间居家时,留守上海加班赶进度的牛俊坡不仅要负责队伍的整体协调统筹工作,还要兼顾出厂总结工作。最繁忙时,三个级别的评审同时来袭、几十份报告编校审、余条专家函审意见回复……牛俊坡的手机成了“24小时咨询热线”,他的办公室成了没空多说一句话的“世外桃源”。

经过几十天的“魔鬼高压”,环绕器出厂评审工作圆满落下帷幕,而此时的牛俊坡甚至来不及休整,因为他马上就要出发前往下一站——海南,在高温潮湿的室外工作环境下,火星环绕器研制团队进行了长达四个月的“朝五晚九”的工作,为环绕器做发射前的最后冲刺。牛俊坡说,自己坚信“万分努力才能确保万无一失”,在冲刺期间,他牵头飞控团队谨慎细致地开展飞控文件的最终确认,一遍又一遍地与北京飞行控制中心开展协同演练。

延续使命潜心修炼迎接下一个“十年”

年7月23日,“天问一号”成功发射并进入预定轨道;年2月10日,探测器成功实施制动,进入环火星轨道;年5月15日,探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,在这些瞬间,牛俊坡“朴素”的梦想实现,“把大目标分解成若干小目标,一步一个脚印的逐个实现,终将在自己的领域取得丰硕成果。我们火星环绕器研制团队十年如一日接续奋斗的结果,就是最好的例证。”牛俊坡这样总结这些年的历程。

天问一号近期拍摄的火星影像

从早期的论证到最终的圆满成功,牛俊坡和同事经过了十余年的接续奋斗,他说,这中间凝聚了无数领域内外专家、领导和同事的心血。“我们成功研制了具有高载质比、宽域环境适应、远距离测控通信技术特点的行星际飞行平台:火星环绕器,攻克并掌握了高精度行星际转移、高增益强适应一体化测控通信、长期自主管理为代表的一批共性技术,为我国太阳系内行星和其他天体的抵达探测、环绕返回探测奠定了技术基础,为行星和宇宙演化、生命起源等科学研究提供了必要的技术手段,牵引了后续行星探测任务的立项。”

如今,“天问一号”使命尚未结束,环绕器还在继续执行火星遥感探测任务……这是“天问一号”研制工作的一个重大成果,而在牛俊坡看来,另一份收获则是在工作中凝聚了一支研制队伍,具备了研发研制全链创新和工程实现能力,同时建立了一整套深空探测任务管理方法,构建了重大专项组织保障机制。

正是因为对于浩瀚宇宙的探索欲望,以及一批又一批青年人才、团队的背后支撑,中国人在行星探测领域的脚步一经迈出便不会停歇。

牛俊坡身上的使命也在延续着。继“天问一号”之后,中国国家航天局已发布了后续行星探测计划,包括小行星探测、火星取样返回、木星系探测等。伴随着这些新计划提上日程,牛俊坡可能又将迎来下一个十年,开始后续任务论证、关键技术攻关,为下一次任务的立项、研制作准备。

结语

作为我国首次火星探测任务“天问一号”火星环绕器的总体主任设计师,牛俊坡现任职于中国航天科技集团有限公司八院所。“天问一号”任务中,他不仅承担了火星环绕器总体设计、技术攻关和产品研制等重大任务,更肩负了环绕器在地火转移、制动捕获、预选着陆区探测、着陆巡视器投送、中继通信以及环火科学探测等全任务周期的飞行控制任务。

日复一日的工作中,牛俊坡收获了很多。他说,青年科研工作者应该认准目标,脚踏实地的实现它,要有仰望星空的远大梦想,更要有为了实现目标的脚踏实地的精神。

他说,此次获得中国青年五四奖章,更是对团队中所有青年人付出的肯定。同时,这份荣誉也会让更多的年轻人了解深空探测,有些人也会选择投身航天,让我国航天事业补充更多新鲜血液,注入更大的活力。

十年求索,十年攻关,牛俊坡用执着与坚守,在地火之间书写着属于新一代航天人的奋斗诗篇。

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