就是要破解卡脖子技術

30歲的張磊是中國航天科工四院四部一名副主任設計師，每當他講起自己的職業，外人都很難相信：在過去7年的職業生涯里，他從未到過發射現場，也從未在那里感受過航天器沖破蒼穹的發射瞬間。“所以，你究竟是做什么的？”他不止一次地被問道。并非所有的航天人都沖鋒在發射一線：有的長年伏案實驗桌前計算火箭飛行軌跡，有的還要奔走各個試驗現場驗證理論數據。張磊就是后一類人：計算并設計出一個擁有怎樣的外形才能飛得更遠、飛得更準的航天器。換句話說，他就是給包括火箭在內的航天器“畫像”的人。每個航天人心中都有一個飛躍高山、劃破蒼穹、破解黑洞的夢想，送達數萬公里的高度，定格萬億次的計算。而張磊所在的氣動研究團隊的夢想，則是用力與熱的結合，親手“畫下”火箭的樣子，計算出每一個航天器的飛行軌跡，并把它們送上太空——盡管在那最受矚目的一刻，深藏功與名的他們從未出現在現場。前不久，這支由22人組成、平均年齡不到33歲的科研團隊，剛剛歷經5年啃下一塊被稱作世界級工程應用難題的“硬骨頭”。在此之前的2018年，他們在一年之內就組織實施了20多項試驗，刷新了年度氣動試驗數量紀錄。他們創新試驗方法，還為所在研究單位節省了上千萬元的科研費用。而這一切，都源于他們手中的科研“畫筆”。

“畫筆”決定型號預研成敗

“別人看到一艘宇宙飛船，一架航天飛機，一枚運載火箭，一顆人造衛星，往往更關注它們的外觀和性能，而在我們的腦海里，浮現的則是這些航天器外觀設計運動過程的直觀投影。”中國航天科工四院四部氣動水動室副主任高太元說。在別人看來，也許親眼看到自己研制的航天器發射成功讓人激動不已，但對這群氣動專業人而言，航天器發射的那一瞬間，不過是按照他們的設定，“重復”此前早已仿真過千百次的飛行畫面，而最終的成功，則是對他們前期得出數據的最好檢驗。事實上，即便放眼國際航天史，航天器的設計問題都不可小覷。因為設計問題而發生的事故，也讓整個航天史多了幾分令人唏噓的悲壯。比如，還未起飛就在發射臺上失火的阿波羅1號。那次事故造成3名航天員喪命。事后調查發現，阿波羅1號艙門向內開啟的設計，導致火災發生時，宇航員在艙內氣壓升高的情況下沒能打開艙門。此外，阿波羅1號艙內裝載的“空氣”也是百分之百純氧氣，在這種環境下，即便是鋁，也會像木頭般燃燒，火災的出現也就不令人奇怪了。

也因此，在任何一個航天器的研制尤其是預先研制階段，有關外形氣動設計的研究都備受重視，其研究經費往往能達到預研經費的30%乃至50%以上。正如中國航天科工四院四部氣動水動室主任李艷麗所說，氣動研究，就是航天器研制的先行軍。這一研究描繪了航天器全生命周期的生存環境和穿衣指數，為其他分系統的設計提供了最原始依據。相應地，這一研究的成敗，在很大程度上決定著整個預先研究任務的成功，甚至決定著某個型號最終能否成行。10多年前，當高太元剛到中科院力學所攻讀博士研究生時，他被研究所一樓大廳陳列的30多位院士的照片深深地震撼了。畢業時，有機會選擇其他行業的他，最終還是選擇了航天，“保家衛國是我的初衷，雖然不能像戰士一樣沖鋒陷陣，但我們能創造出‘不戰而屈人之兵’的力量。”“誰不向往安逸的生活，但總想日子過得更有意義。就像身邊的很多女同事‘不愛紅裝愛武裝’，投身航天器設計這門‘冷科學’之中，同樣可以干得投入！”高太元說。

破解卡脖子問題

工欲善其事，必先利其器。過去這幾年，高太元所在的這支科研團隊不斷思考著一個大問題，即如何在最短的時間里，將“幾何參數”變為“氣動參數”。最終，他們經過幾年努力，以一鍵式智能優化設計為方向，建成了高性能計算中心。以前，他們只能通過風洞試驗來獲取“氣動參數”，如今，高性能計算中心的出現，可以替代風洞試驗獲取80%—90%氣動數據，每年省下千萬元量級的成本。“就好比設計一輛自行車，先確定自行車各個部件的數據，再根據這些數據在繪圖軟件上進行手動繪畫，諸如鋼條、鏈條、齒輪、螺母等這些小部件都要精確無誤。如此一來，一個自行車模型的設計，很可能就需要畫個上千筆，如果需設計多個外形供最終挑選，就要耗費難以想象的時間和人力。”李艷麗說。

而如今，采用了一鍵式智能優化設計，則是在確定部件形狀尺寸之后，將得到的數據輸入事先設計好的參數化程序，只需按下按鈕，所需設計模型即可生成。從此，老一輩航天設計師“用算盤計算氣動參數、十多個人一算就是一個月”的科研場景，成為歷史。“我們的創新就是要從國家需求出發，關注受制于人的技術領域，解決技術瓶頸關鍵問題。也正是在這個意識下我們提出大量新概念，敢為天下先。”中國航天科工四院四部主任鐘世勇說。李艷麗說，她所在的四部以氣動專業等技術瓶頸為突破口，逐步形成了基于大數據的航天器總體設計創新模式，提升了總體設計方案初始的成熟度和可靠性，迭代設計周期大幅縮短。而這些，也最終形成了面向航天器全生命周期的應用模式，有力支撐了裝備的體系化發展。高太元說，他的日常工作就是和“升阻比”“裝填”“穩定性”“防熱”“載荷”這些所謂的航天器設計制約因素打交道，“而最有成就感的事，就是將這些制約設計的‘攔路虎’都打倒，破解卡脖子難題，做出方案來。”

滿天星云正撲面而來

而這些，在很大程度上得益于這家科研單位對于年輕科技人才的重視。中國航天科工四院四部黨委書記張邵軍告訴記者，在四院四部，只要肯拼搏進取，只要能創新創效，單個項目團隊獲獎50萬元、100萬元，個人拿到十幾萬元甚至幾十萬元的獎勵早已不是新鮮事，突出貢獻專家和學術技術帶頭人不斷涌現。張磊就是其中的一名佼佼者。回憶剛來航天的那段歲月，無數個通宵達旦已經印象模糊，但師父對他的“嘮叨”至今仍回響在耳邊：“臺階要一步步地爬，事情要一件件地做”，這樣的工作態度伴隨他直到現在。“站在‘山頂’回望最初那段歲月，所有的‘臺階’歷歷在目，攀爬的過程正是一個氣動新人成長的見證。”張磊說。

賈軼楠是一名航天新兵，這位清華大學力學專業高才生擇業時，毫不猶豫地邁進中國航天科工四院四部的大門。她說，氣動（水動）團隊年輕積極的氛圍打動了她，這里有活力，有創造力，很溫暖，關注每一個成員的成長。“很多入職五六年的青年已成為中流砥柱，看到他們，就像看到五六年以后的自己。”賈軼楠說。在鐘世勇看來，“當下是年輕航天人最好的時代”。他打了個比方，如果把國家任務、航天事業的發展比作一個航天器，那么在他的青年時代，航天器的飛行速度很慢，迎面而來的只是寥寥星辰；而如今，航天器的速度則有了質的飛躍，那種情景就是——浩瀚宇宙中的滿天星云，撲面而來！“這當然要求年輕人擁有更快的反應速度，不能猶豫！”張邵軍說，航天人極少在新聞報道中露面，他們默默地付出隱藏在歷史的更深處，中國航天科工四院四部氣動研究團隊在這一方面尤為典型。“我們清楚自己在干什么，國家認可我們在干什么，人民受益于我們的工作，這就足夠了”。阿波羅1號事故發生后，美國國家航空航天局對該型號做了重新設計，結果就包括艙門的“再設計”：由向內開啟，改為向外開啟。后來美國人拍了一部電影《阿波羅13號》，還專門提到這次事故。對李艷麗及其團隊來說，他們常常以這樣的例子來提醒自己：“我們自己親手畫下的、親手設計的航天器，還有沒有可能出現問題？”就像他們常常問自己的：“萬分之三與萬分之四，小數點后第五位的四舍五入，對整個型號任務方案究竟能帶來什么影響？”