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十载不鸣,记中国科高校暗物质粒子探测卫星研

2020-03-24 06:39

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打造优质的空间科学卫星 记中科院暗物质粒子探测卫星研制团队

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一支优秀的团队必然有着统一的愿景、统一的价值观、统一的文化、统一的规则、统一的行动。这些在资源三号卫星工程研制团队中体现的淋漓尽致。纵观整个研制历程,该研制团队具有两个显著特点:一是团队上下以“打造国内一流优质卫星工程”为共同愿景,逐步形成了“无私奉献,争创一流” 的核心价值观;二是注重打造学习型组织文化,培育和练成了一支测绘领域新梯队。

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作为我国首颗微重力科学实验卫星,实践十号卫星的使命是开展空间科学实验,研究、揭示微重力条件和空间辐射条件下物质运动及生命活动规律,这不仅具有较大的社会效益和经济效益,而且对推进我国空间领域的科学探索也有重要的意义。

同唱“一首歌”

暗物质粒子探测卫星研制团队

“及时雨”

作为我国首颗民用高精度立体测绘卫星,资源三号卫星承载着国家和用户的殷切希望。因此,研制团队有了一个“打造国内一流遥感卫星”的共同目标和愿景。大家心往一出想,劲往一处使,同唱“一首歌”,在工程立项后,型号研制工作面临关键技术攻关难度大、研制工作周期紧、同类设计经验少等困难。经过全体研制人员的努力,按要求在44个月内完成了整星的研制任务。在发射场冬季零下30度的寒冷条件下,全体试验队员顶风冒雪,连续奋战,克服了重重困难,创造了遥感卫星42天的发射场最短工作记录,为祖国和人民递交了一份满意的答卷。

■本报记者 黄辛 通讯员 刘碧如

实践十号诞生恰逢其时

学习与研制“合体”

2015年12月17日,由中科院微小卫星创新研究院总体研制的我国首颗暗物质粒子探测卫星在酒泉卫星发射中心成功发射。暗物质粒子探测卫星实现了我国空间高能探测卫星“零”的突破,为我国卫星探测暗物质粒子发展史树起了新的丰碑。

提到返回式卫星,大家并不陌生,到2006年为止,我国共进行了24次返回式卫星的发射。通过这些任务,我国掌握了返回式卫星的总体设计、制造、发射和回收等关键技术。

一个团队想要保持基业长青、保持良好的战斗力,就必须依靠系统的学习进行提升和健壮。资源三号卫星研制团队自始至终非常注重将学习和型号研制“合体”。2009年2月,为确保初样产品技术状态受控、质量与可靠性得以保证,“两总”亲自领导策划了“资源三号卫星可靠性工程、软件专项培训”。分系统及单机研制单位相关设计师共55人参加了该次大型培训,并取得合格证书,这也为初样详细设计顺利开展奠定了理论基础。以型号研制促人才发展,以人才发展反推型号工作,使得型号研制和团队成长相辅相成,达到了双赢的效果。

“然而团队成员并未松懈,因为这些年的锻炼和单位氛围的熏陶已经让我们养成了时刻为祖国航天事业奋战的习惯。”完成暗物质卫星的发射后,研发团队仍在为卫星飞行控制、在轨测试忙碌着。暗物质粒子探测卫星总指挥朱振才研究员回忆起这些年的辛勤努力,感慨不已。

实践十号卫星工程总设计师唐伯昶介绍,实践十号是我国时隔近10年之后再次发射的返回式卫星。2006年9月9日,实践八号卫星发射之后,由于需求等方面的原因,我国返回式卫星发展告一段落。

他们都选择了奉献

他表示,从卫星工程立项到卫星发射,只用了4年的时间就完成了一个新型号的研制,说明暗物质粒子探测卫星研制团队是一个具有攻关能力、有战斗力、有韧劲的队伍,“团队上下在艰苦而平凡的岗位上,为航天事业贡献了智慧与心血,用航天人的精神和牺牲淋漓尽致地诠释了航天精神。”

与平时常见的“北斗”、“高分”系列卫星“方头方脑”的外形不同,从外观上看,实践十号就像一颗巨大的子弹。

资源三号卫星实现了我国民用测绘卫星“零”的突破,为我国卫星测绘发展史树起了新的丰碑。特殊的任务带来了特殊的使命。早在资源三号任务全面启动之时,研制团队就深感肩上的担子很重、责任艰巨。怀揣着必胜的信念,研制团队以强烈的责任感和使命感,拼搏在创新攻关的战场上。无论是刚刚“晋级”的新爸爸,还是身怀六甲的准妈妈,亦或是家中老人生病无法陪床尽孝心的设计师,为了型号任务,他们都选择了奉献。他们用实际行动践行着“使命因神圣而光荣,生命因奋斗而精彩”的诺言。

暗物质粒子探测卫星研制团队是一支年轻的“80后”队伍,除了“两总”以外,大多数人都是第一次从事当前岗位的工作。这支50人组成的团队里,“85后”、毕业新生是标配。就是这么一群年轻航天人,在型号两总的带领下,历经4年多的时间,近1500个日日夜夜,夜以继日地围绕着这颗1.8吨的“小伙伴”,殚精竭虑地完成了卫星方案、初样、正样和发射场等各个阶段的全部研制工作,技术难度大、任务要求高、研制进度紧前所未有。

实践十号卫星总设计师赵会光介绍说:“实践十号的外形和原来的返回式卫星基本相同,采用柱锥组合体外形。从上到下,卫星主要分为返回舱和仪器舱两个舱段,在轨运行任务结束后,仪器舱和返回舱分离,仪器舱继续留轨实验,返回舱则返回地面。”

如果说甘于奉献是资源三号研制团队生动的注脚,那么团结协作则是他们的品质。该研制团队是一支新老结合的队伍,年轻的同志充满活力,为团队带来拼搏向上,敢于突破的进取活力;老同志则无私地发挥“传帮带”的作用,帮助年轻人快速成长成才。多年来,大家并肩作战,打造了一支和谐发展的团队,为圆满成功和在轨零故障稳定运行积聚了无坚不摧的团结力量。可以说,资源三号卫星的成功发射为我国打造了一颗高水准的立体测绘卫星,同时也为国家铸造了一支非常优秀的测绘卫星研制梯队。来源:中国航天网

“5 2”和“白 黑”

返回式卫星按照用途一般可分为遥感、航天育种和空间科学实验三种。以往我国发射的返回式卫星均为遥感或航天育种卫星,而此次发射的实践十号是我国首颗微重力科学实验卫星。

暗物质粒子探测卫星是中科院第一批启动的战略性先导专项科技项目的首发星,用于进行空间高能粒子、高能伽马射线的探测,以及宇宙核素的测定,其中装载的暗物质粒子探测器能段达到了5GeV~10TeV,高于国际上现有的任何高能粒子探测器。

这是因为以往我国发射的返回式卫星中有个别卫星曾经搭载过一些微重力科学实验的载荷,但主任务不是进行微重力实验,而实践十号是一颗专门用于微重力科学实验的卫星。

2011年,暗物质粒子探测卫星团队开始对这颗特殊的卫星进行论证,业内很多专家认为这颗卫星质量至少需要3吨以上才能完成,同时也担心微小卫星创新研究院能否完成这种大卫星的研制工作。但团队敢于面对挑战,开拓思路,充分发挥了中科院特有的创造型思维,创新性地提出了“以有效载荷为中心、以实现科学任务为目标的整星一体化设计”理念,将卫星质量控制在1.9吨以内,仅运载就为国家节省了几千万元的成本。正是这种创新性的理念,推动了暗物质粒子探测卫星的立项,也推动了我国航天事业的大踏步发展。

那么,到底为什么返回式卫星时隔10年后再次发射呢?

当年年底卫星进入了方案阶段,此时项目组多数新成员还未加入,突破关键技术、技术难点仿真、关键试验验证是这一阶段的主题。面对整星5项关键技术,团队成员不但要完成整星的方案设计,同时还要对关键技术进行仿真和试验验证。人员紧张、分身乏术之时,只能靠自身的意志让自己再提高精神,去突破技术难题。特别是在关键试验验证阶段,以结构主任设计师张文巧为代表的所有试验队员在试验厂房连续40多个小时只为确保试验每一项流程、每一组数据不要出错。队员们的辛苦没有白费,2013年4月23日,突破了所有关键技术的团队将卫星顺利推进到了初样阶段。

以往我国发射的返回式卫星大部分是胶片回收型遥感返回式卫星,随着数据传输型遥感卫星的成熟,我国不再发射胶片型遥感返回式卫星,这也是世界遥感卫星的发展趋势。

卫星初样阶段历经了17个月,项目组对整星及星上各单机产品研制、测试等环节进行仔细把握,对所有出现的问题均按照航天5条的质量归零要求进行处理。不放过任何细节、不遗漏一个问题,这就是团队确保成功转正样的核心。

实践十号卫星总指挥邱家稳解释说:“胶片回收型遥感卫星退出历史舞台只是说目前不需要这种用途的返回式卫星,并不代表返回式卫星退出历史舞台。

正样研制是在研制、测试和试验中度过的,在工作或者在去工作的路上,“5 2”和“白加黑”是常态。“五一”、“十一”和元旦小长假,对这群航天人来说,已成为一种奢望。暗物质粒子探测卫星承载着大家的航天梦、科学梦。为了它,大家放弃了太多太多,有的带病上阵、有的带孕上阵、有的推延婚期……但是没有人为献身“悟空”后悔过。

进入21世纪,返回式卫星的应用开始转型,由遥感向空间科学实验转变,典型的代表是俄罗斯和欧空局的光子号和生物号系列空间科学实验卫星。近年来,我国空间科学实验的需求开始增多,实践十号卫星就是这个背景下的产物。”

团队成员较为年轻,老同志中很多人也都在新岗位,团队成员进行互相帮助,以老带新的方式帮助年轻人迅速成长,在正样阶段年轻人都具备承担主任设计师的能力,正是这样一支队伍,保证了暗物质卫星在正样阶段后墙不倒,按计划一天不落地完成了卫星发射任务。

实践十号拉开我国使用返回式卫星进行空间微重力科学实验的序幕。目前,我国空间微重力实验的需求非常旺盛,因此,返回式卫星发展将迎来一个新的黄金时期。赵会光介绍,下一代返回式卫星的技术发展趋势是低成本、可重复使用和更强服务能力,发展前景良好。

如果说甘于奉献是暗物质粒子探测卫星研制团队生动的注脚,那么团结协作则是他们的品质。该研制团队是一支新老结合的队伍,年轻的同志充满活力,为团队带来拼搏向上、敢于突破的进取活力;老同志则无私地发挥“传帮带”的作用,帮助年轻人快速成长成才。几年来,大家并肩作战,打造了一支和谐发展的团队,为圆满成功和在轨零故障稳定运行积聚了无坚不摧的团结力量。

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综测及总体电路主任设计师陈博崴了脚,检查结果是骨折,恰逢卫星整星电测最紧张的时刻,本应该休息的她愣是拄着拐杖来上班,到后来拐杖都拄不住了,因为手举不起来。

“抓重点”

热控主任设计师王建平,四年来每天往返于上海与昆山之间,整个卫星研制阶段,其间大大小小的电测、试验,始终没有缺少他的身影。

以主要设计目标展开工作

李欣禹负责数据传输,经常会在高功率的射频辐射环境下进行无线测试,依靠着扎实的理论功底和无畏的奉献精神对卫星高频信号进行着精心的测试,保障了卫星对地信号的传输可靠性。

保证卫星的微重力指标达到要求是实践十号的首要目标。赵会光表示,研制团队精心设计,采用“3 1”的方法提高了卫星的微重力水平。

“我们团队上下以‘打造国内一流优质卫星工程’为共同愿景,逐步形成了‘无私奉献,争创一流’的核心价值观;正是这种精神,才将暗物质粒子探测卫星做成了目前为止最稳定的一颗新型卫星。”朱振才为这支队伍深感骄傲与自豪,“过往的已成过往,我们的目标不是曾经的经历,而是下一颗卫星。”

一是选择了一条合适的圆轨道,这个轨道的大气阻力较小,微重力水平均匀且满足要求;二是姿控发动机采用单组元推力器代替了过去的冷气推力器,使其对卫星微重力的影响大为减少;三是卫星平台和载荷有大量的活动部件,这些活动部件的存在对卫星微重力有很大的影响,在设计过程中就需要采用多种方式抑制这种影响。

《中国科学报》 (2016-01-18 第6版 院所)

此外,卫星增加了微重力测量监视设备,可以实时监测卫星上的微重力水平并将数据提供给客户,客户可以根据实验特点剔除微重力的影响。

除了微重力水平保证,卫星热控也是团队重点攻关的方向之一。相对于原来的返回式卫星,实践十号卫星搭载了更多的载荷,仅回收舱的载荷功耗就达到近300瓦,比原来的返回式卫星增加了近10倍。

赵会光打比方说:“原来回收舱内的功耗相当于点了一个电灯,而实践十号则像放了一个电烤炉,散发出的热量大幅增加。更麻烦的是,返回式卫星回收舱外部覆盖了厚厚的烧蚀材料,导致卫星的散热性能很差,如果不采取降温措施,舱内的温度就会太高,无法开展实验。为此,实践十号采用流体回路的主动热控方案代替了以前的被动热控方案。”

此外,返回舱在大气层再入时外表要承受高温烧蚀,为了避免1000多摄氏度的高温影响载荷,返回舱外部烧蚀材料在烧蚀过程中可以带走一部分热量。返回舱外壁之间采用了多层隔热装置,这样可以确保返回时舱内的温度也满足要求。

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“传帮带”

新团队挑起重担

实践十号在2012年12月立项,经过3年多的研制才发射升空。因为时隔多年,重新研制返回式卫星对新组织起来的研制团队来说困难不少。

邱家稳坦言:“以前的返回式卫星研制团队已经解散,有些人已经退休,有些人则转战其他岗位,将以前返回式卫星研制团队组织起来是不现实的,只能重新组织一支团队。”

赵会光谈道:“虽然我们尽力将一些以前参加过返回式卫星研制的人员吸收进来,但这支团队80%以上的成员还是研制返回式卫星的‘新兵’”。

如何将团队历练成人人胜任岗位职责、精神饱满的队伍,是实践十号卫星抓总单位航天科技集团五院总体部必须认真考虑的问题。

团队更需要在整个研制过程中严格遵循系统工程和项目工程的规律,识别风险、安排初样和进行必要的专项试验等。系统工程和项目工程的规律包含了确保型号成功的内在机制,这在航天很多型号中得到了验证。

为了尽可能多地传承经验,这支队伍十分重视“老兵”带“新兵”的作用。

此外,为了弥补缺乏研制经验的短板,研制团队还邀请已经转战其他型号或退休的技术专家参与方案论证、对关键技术状态进行把握,并召开了多次评审会和把关会,充分借鉴他们的经验,使研制团队少走了弯路,提高了效率。

邱家稳还提到一件在研制初期很“纠结”的事情,他说:“因为众多载荷研制单位没有航天工程的研制经验,在研制过程中遇到了很多问题。为此,我们对载荷研制单位专门进行了培训,提供技术服务,让他们在航天工程研制能力上尽快融入这支团队。”来源:航天科技网站

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