就是要破解卡脖子技术

30岁的张磊是中国航天科工四院四部一名副主任设计师，每当他讲起自己的职业，外人都很难相信：在过去7年的职业生涯里，他从未到过发射现场，也从未在那里感受过航天器冲破苍穹的发射瞬间。“所以，你究竟是做什么的？”他不止一次地被问道。并非所有的航天人都冲锋在发射一线：有的长年伏案实验桌前计算火箭飞行轨迹，有的还要奔走各个试验现场验证理论数据。张磊就是后一类人：计算并设计出一个拥有怎样的外形才能飞得更远、飞得更准的航天器。换句话说，他就是给包括火箭在内的航天器“画像”的人。每个航天人心中都有一个飞跃高山、划破苍穹、破解黑洞的梦想，送达数万公里的高度，定格万亿次的计算。而张磊所在的气动研究团队的梦想，则是用力与热的结合，亲手“画下”火箭的样子，计算出每一个航天器的飞行轨迹，并把它们送上太空——尽管在那最受瞩目的一刻，深藏功与名的他们从未出现在现场。前不久，这支由22人组成、平均年龄不到33岁的科研团队，刚刚历经5年啃下一块被称作世界级工程应用难题的“硬骨头”。在此之前的2018年，他们在一年之内就组织实施了20多项试验，刷新了年度气动试验数量纪录。他们创新试验方法，还为所在研究单位节省了上千万元的科研费用。而这一切，都源于他们手中的科研“画笔”。

“画笔”决定型号预研成败

“别人看到一艘宇宙飞船，一架航天飞机，一枚运载火箭，一颗人造卫星，往往更关注它们的外观和性能，而在我们的脑海里，浮现的则是这些航天器外观設计运动过程的直观投影。”中国航天科工四院四部气动水动室副主任高太元说。在别人看来，也许亲眼看到自己研制的航天器发射成功让人激动不已，但对这群气动专业人而言，航天器发射的那一瞬间，不过是按照他们的设定，“重复”此前早已仿真过千百次的飞行画面，而最终的成功，则是对他们前期得出数据的最好检验。事实上，即便放眼国际航天史，航天器的设计问题都不可小觑。因为设计问题而发生的事故，也让整个航天史多了几分令人唏嘘的悲壮。比如，还未起飞就在发射台上失火的阿波罗1号。那次事故造成3名航天员丧命。事后调查发现，阿波罗1号舱门向内开启的设计，导致火灾发生时，宇航员在舱内气压升高的情况下没能打开舱门。此外，阿波罗1号舱内装载的“空气”也是百分之百纯氧气，在这种环境下，即便是铝，也会像木头般燃烧，火灾的出现也就不令人奇怪了。

也因此，在任何一个航天器的研制尤其是预先研制阶段，有关外形气动设计的研究都备受重视，其研究经费往往能达到预研经费的30%乃至50%以上。正如中国航天科工四院四部气动水动室主任李艳丽所说，气动研究，就是航天器研制的先行军。这一研究描绘了航天器全生命周期的生存环境和穿衣指数，为其他分系统的设计提供了最原始依据。相应地，这一研究的成败，在很大程度上决定着整个预先研究任务的成功，甚至决定着某个型号最终能否成行。10多年前，当高太元刚到中科院力学所攻读博士研究生时，他被研究所一楼大厅陈列的30多位院士的照片深深地震撼了。毕业时，有机会选择其他行业的他，最终还是选择了航天，“保家卫国是我的初衷，虽然不能像战士一样冲锋陷阵，但我们能创造出‘不战而屈人之兵’的力量。”“谁不向往安逸的生活，但总想日子过得更有意义。就像身边的很多女同事‘不爱红装爱武装’，投身航天器设计这门‘冷科学’之中，同样可以干得投入！”高太元说。

破解卡脖子问题

工欲善其事，必先利其器。过去这几年，高太元所在的这支科研团队不断思考着一个大问题，即如何在最短的时间里，将“几何参数”变为“气动参数”。最终，他们经过几年努力，以一键式智能优化设计为方向，建成了高性能计算中心。以前，他们只能通过风洞试验来获取“气动参数”，如今，高性能计算中心的出现，可以替代风洞试验获取80%—90%气动数据，每年省下千万元量级的成本。“就好比设计一辆自行车，先确定自行车各个部件的数据，再根据这些数据在绘图软件上进行手动绘画，诸如钢条、链条、齿轮、螺母等这些小部件都要精确无误。如此一来，一个自行车模型的设计，很可能就需要画个上千笔，如果需设计多个外形供最终挑选，就要耗费难以想象的时间和人力。”李艳丽说。

而如今，采用了一键式智能优化设计，则是在确定部件形状尺寸之后，将得到的数据输入事先设计好的参数化程序，只需按下按钮，所需设计模型即可生成。从此，老一辈航天设计师“用算盘计算气动参数、十多个人一算就是一个月”的科研场景，成为历史。“我们的创新就是要从国家需求出发，关注受制于人的技术领域，解决技术瓶颈关键问题。也正是在这个意识下我们提出大量新概念，敢为天下先。”中国航天科工四院四部主任钟世勇说。李艳丽说，她所在的四部以气动专业等技术瓶颈为突破口，逐步形成了基于大数据的航天器总体设计创新模式，提升了总体设计方案初始的成熟度和可靠性，迭代设计周期大幅缩短。而这些，也最终形成了面向航天器全生命周期的应用模式，有力支撑了装备的体系化发展。高太元说，他的日常工作就是和“升阻比”“装填”“稳定性”“防热”“载荷”这些所谓的航天器设计制约因素打交道，“而最有成就感的事，就是将这些制约设计的‘拦路虎’都打倒，破解卡脖子难题，做出方案来。”

满天星云正扑面而来

而这些，在很大程度上得益于这家科研单位对于年轻科技人才的重视。中国航天科工四院四部党委书记张邵军告诉记者，在四院四部，只要肯拼搏进取，只要能创新创效，单个项目团队获奖50万元、100万元，个人拿到十几万元甚至几十万元的奖励早已不是新鲜事，突出贡献专家和学术技术带头人不断涌现。张磊就是其中的一名佼佼者。回忆刚来航天的那段岁月，无数个通宵达旦已经印象模糊，但师父对他的“唠叨”至今仍回响在耳边：“台阶要一步步地爬，事情要一件件地做”，这样的工作态度伴随他直到现在。“站在‘山顶’回望最初那段岁月，所有的‘台阶’历历在目，攀爬的过程正是一个气动新人成长的见证。”张磊说。

贾轶楠是一名航天新兵，这位清华大学力学专业高才生择业时，毫不犹豫地迈进中国航天科工四院四部的大门。她说，气动（水动）团队年轻积极的氛围打动了她，这里有活力，有创造力，很温暖，关注每一个成员的成长。“很多入职五六年的青年已成为中流砥柱，看到他们，就像看到五六年以后的自己。”贾轶楠说。在钟世勇看来，“当下是年轻航天人最好的时代”。他打了个比方，如果把国家任务、航天事业的发展比作一个航天器，那么在他的青年时代，航天器的飞行速度很慢，迎面而来的只是寥寥星辰；而如今，航天器的速度则有了质的飞跃，那种情景就是——浩瀚宇宙中的满天星云，扑面而来！“这当然要求年轻人拥有更快的反应速度，不能犹豫！”张邵军说，航天人极少在新闻报道中露面，他们默默地付出隐藏在历史的更深处，中国航天科工四院四部气动研究团队在这一方面尤为典型。“我们清楚自己在干什么，国家认可我们在干什么，人民受益于我们的工作，这就足够了”。阿波罗1号事故发生后，美国国家航空航天局对该型号做了重新设计，结果就包括舱门的“再设计”：由向内开启，改为向外开启。后来美国人拍了一部电影《阿波罗13号》，还专门提到这次事故。对李艳丽及其团队来说，他们常常以这样的例子来提醒自己：“我们自己亲手画下的、亲手设计的航天器，还有没有可能出现问题？”就像他们常常问自己的：“万分之三与万分之四，小数点后第五位的四舍五入，对整个型号任务方案究竟能带来什么影响？”