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    【載人航天30年】從微波雷達起步 邁向空間探索新高度——二院25所不斷深耕航天產業側記

    發布時間:2022-09-21    【來源:二院25所】

    從護航“神舟”“天宮”太空之吻的太空紅娘,到助力“天問一號”著陸火星度過關鍵9分鐘的太空千里眼,再到太空光學“攝影師”和衛星星座間激光“信使”;從300多公里的近地軌道到38萬公里的月球軌道,再到億萬公里的火星……

    20多年間,伴隨著我國航天事業的飛速發展,二院25所依托微波探測、光電探測、先進通信三大專業技術優勢,積極拓展空間應用,大力發展航天新基業。以交會對接微波雷達、火星著陸相控陣測量敏感器、激光通信終端、計算光學載荷等為代表的典型產品亮相載人航天工程任務、參與國家重大項目建設,25所航天新基業發展路線越來越清晰,產業版圖越來越遼闊。

    從“0到1”,再從“1到3”

    今年五四青年節前夕,習近平總書記給空間站建造青年團隊回信,希望廣大航天青年“勇于創新突破,在逐夢太空的征途上發出青春的奪目光彩,為我國航天科技實現高水平自立自強再立新功”。

    25所微波雷達研制史,就是一部創新發展史。

    “捕獲目標!”2011年11月3日,當神舟八號飛船距離天宮一號還有217公里時,微波雷達即雙向捕獲目標,以優于工程總體要求的卓越表現首戰告捷。從百余公里到數米之內,在微波雷達這根“紅線”的穩穩牽引下,“神八”和“天宮”順利完成我國航天史上首次“太空之吻”。

    這是25所第一代交會對接微波雷達的首次亮相。從原理樣機研制開始,研制團隊以創新為基,用10年時間突破了高精度、高可靠等7個關鍵技術,實現了從0到1的突破。2012年6月、2013年6月,微波雷達在神舟九號、神舟十號與天宮一號交會對接任務中,再次刷新超遠距離捕獲記錄,助力我國首次載人自動交會對接和航天員手動交會對接成功。

    “隨著載人航天和深空探測任務的發展,25所不斷開拓創新,按照‘探索一代、預研一代、研制一代’發展思路,不斷推動空間產品跨代升級和系列化發展?!?5所所長楊剛說。2016年,第二代交會對接微波雷達成功護航神舟十一號、天舟一號與天宮二號交會對接。

    與第一代功勛雷達相比,第二代微波雷達體積、重量減少一半,功耗減小1/3。測量、通信功能一體化設計讓雷達與應答機從“含情脈脈”變為“深情告白”,通信數據的交互讓雷達可以自動識別當前應答機的ID,成功實現匹配對接,為后續空間站任務中雷達與多臺應答機之間實現自動繞飛對接進行先期驗證。

    不僅如此,隨天宮二號在軌飛行的微波應答機采用了軟件加固方法,就像為產品搭建了一套自我修復系統,在應對空間高能粒子沖擊時,產品能夠及時識別損傷細胞并快速克隆再生,恢復產品正常功能,極大提高了產品的長期可靠性,可適應空間站長時服役要求。

    2021年4月,天和核心艙成功發射升空,中國空間站建“宮”大業正式開啟。3臺擁有專屬編號的微波應答機分別安裝在核心艙不同對接口處。短短兩年間,25所微波雷達已成功護航天舟二號、神舟十二號、神舟十三號、神舟十四號以及問天實驗艙與天和核心艙的交會對接任務,參與并見證了我國首次自主快速交會對接、首次徑向交會對接和中國航天史上“分量最重”的“太空之吻”。

    2020年12月,嫦娥五號首次實現地外天體——月球軌道無人自動交會對接,25所第三代微波雷達正式上線。

    第三代微波雷達創新采用誤差補償算法,實現大角度范圍內的高精度測量?!拔覀優檫@次交會對接打造的,不僅僅是‘千里眼’,還是‘順風耳’,升級后的它更小巧、更強大、更可靠?!?5所微波雷達總設計師孫武說,在完成對接測量“本職工作”的同時,第三代微波雷達升級了航天器之間雙向空空通信的“第二職業”,從雷達與應答機之間“一問一答”的傳輸方式,升級至軌道器與上升器之間的“溝通對話”,實現了遙控指令與遙測參數的雙向傳輸?!耙郧熬拖窭蠋熒险n點名,雷達發消息,應答機答‘到’?,F在它們不僅自己要通話,還要負責兩個航天器之間的信息傳遞?!睂O武解釋。

    “向更遙遠的深空進發,向更廣闊的領域進發,我們已做好準備?!睏顒傉f。

    “一次成功”的質量制勝秘笈

    在微波雷達團隊工作區的墻面上,貼著一句質量警句:成功是差一點點失敗,失敗是差一點點成功?!澳茏龅?00%,絕對不做99%?!边@是孫武常說的一句話。

    無論是在300多公里外的近地軌道,還是在38萬公里外的月球軌道,25所微波雷達已連續12次完美保障我國航天器“太空牽手”成功,始終表現“毫無事故、毫無隱患、毫無懸念”。它有著怎樣的制勝秘笈?

    2006年,當微波雷達原理樣機終于得到“可以研制生產”的批準時,飛船上其他項目已經啟動了5年。焦急萬分的孫武意識到,“我們的設計必須一次到位?!?/p>

    在孫武的帶領下,研制團隊直接按照工程樣機的要求研制原理樣機,在方案設計之初就有可靠性專家參與,超前考慮空間輻照、熱控、電磁兼容等特殊環境要求……功夫不負有心人,2011年微波雷達首次參加空間交會對接任務,開機即鎖定目標,在世人矚目下精彩亮相。

    孫武在總結經驗時說,最重要的一條就是技術方案“一次成功”?!皬脑u審通過至任務成功,方案始終沒有出現反復?!?/p>

    微波雷達研制團隊持續強化全員“零缺陷”質量意識,結合航天防務產品的“全過程”質量控制及空間產品的“精細化”質量管理特點,在具體工作實踐中不斷繼承創新,形成了交會對接微波雷達特有的“全面”質量管理風格。

    “全面質量管理,既覆蓋全過程,又突出細節,體現了‘嚴慎細實’的工作作風?!睂O武說。他們把整個產品研發、制造和驗證過程細分為30個模塊,分別進行流程化管理,確保過程質量有效管控,同時將產品研制、生產中的質量控制點前移,提前化解質量風險,對關鍵點利用三類不可測分析、六個百分百確認、數據包管理等專用科學工具進行管理分析,使質量管理工作更科學、更高效。

    如今,微波雷達質量管控的部分經驗做法,已在25所型號產品質量管理中全面開展。

    “對技術,只有自己放心,才能讓總體放心,將自己的事情做好,才能讓團隊更加放心?!睂O武說。在一次環境試驗中,設計師發現有參數異常波動,雖然在指標允許范圍內,但測試人員也不敢放過,逐級報告。各組合、各協作部門經過幾個通宵徹夜排查,最終徹底排除了隱患,使產品順利通過試驗驗證。

    這種“先從自己做好”的精神成為微波雷達研制團隊的質量管理理念?!皳寱r間,能吃苦,人人都有一個念頭:決不以任何理由放松質量,才保證了交會對接微波雷達從一次成功到連戰連勝?!睂O武說。

    千錘百煉的一支精英團隊

    對于25所而言,微波雷達牽引的不僅僅是技術,還有一支精英團隊。

    這是一支敢創新、能攻關的團隊。2002年,當孫武提出偽碼連續波干涉測角交會對接雷達方案時,遭到一些技術專家的質疑。為了讓這項新技術盡快轉化成產品,孫武對關鍵技術和關鍵器件逐項論證,足跡遍布成都、西安、南京等十余個城市。他結合自己留法所學和多年的研究成果,撰寫了一套《偽碼連續波干涉測角交會對接雷達系統論文集》,專門用于指導課題研制和產品生產。隨著一個個關鍵技術相繼得以突破,微波雷達原理樣機誕生了。2007年,載人航天工程總體最終確定交會對接任務使用25所的微波雷達。7年攻關路,孫武用求實、創新和無私奉獻的精神,為25所贏得了進軍載人航天工程的機會。接下來的15年里,這支團隊更是不斷創新突破,以持續的技術升級讓微波雷達在深空探測領域越走越遠。

    這是一支能吃苦、甘奉獻的團隊。高塔試驗、暗室試驗、直升機掛飛試驗、飛艇試驗、抗干擾試驗……每一次試驗都是對團隊意志的考驗。似火的驕陽下,他們將數十公斤重的產品安裝到130米高的鐵塔上,汗水浸濕了衣衫,手上磨起了水泡;刺骨的寒風中,他們看守基站、觀測數據,雙腳凍得麻木,面頰凍得通紅。在暗無天日的微波暗室做試驗,他們一待就是一個月;開展外場掛飛試驗,他們穿著短袖進場,熬到穿軍大衣回來……

    這是一支成長快、技術精的團隊。賀中琴是團隊里的第一位女設計師,也是孫武的學生。2007年加入這個團隊時,研究生還沒畢業。她盤起烏黑的長發,收起靚麗的衣裙,忘我地沉醉在計算、仿真、試驗中。經過一線錘煉,賀中琴快速成長起來,2011年就作為主任設計師,帶領團隊開始了探月工程交會對接微波雷達的預先研究工作。緊張的研制周期,從零開始的自主設計,賀中琴帶領團隊與時間賽跑、跟難題作戰,最終成功研制出第三代微波雷達,完美護航月球軌道的“太空之吻”。

    航天精神滋養了精導文化,也滋養了這支團隊的文化。如今,越來越多的有志青年投身到25所空間事業中,空間工程隊伍也逐步從載人航天微波雷達團隊,發展出相控陣測量敏感器團隊、測控通信產品團隊、空間光電載荷團隊、激光通信終端團隊等多個項目團隊,從最初的十幾人拓展到300余人,可謂匯聚了全所優勢力量,覆蓋微波探測、光電探測、先進通信及可靠性設計等核心專業。

    “這支團隊戰斗能力很強、技術能力也很強,趕上航天強國建設的機遇期,未來借助這么好的平臺,一定還能出更多人才?!睏顒傉f。

    不斷拓展的航天產業布局

    2021年5月15日,“天問一號”成功著陸火星,25所研發的相控陣敏感器,在著陸階段持續為探測器提供高精度測量數據;2022年3月29日,“天鯤二號”衛星成功發射,25所研制的星載計算光學成像載荷搭載升空,是衛星試驗驗證的關鍵技術之一;2022年7月,相控陣終端中標星網集團低軌衛星通信領域項目,星間激光通信終端、路由交換載荷等項目不斷取得突破,未來有望在衛星互聯網建設項目中應用……

    近年來,緊抓航天強國建設機遇期,25所加快航天技術發展、拓展航天應用領域。在該所“1+1+3”總體戰略中,航天產業被定位為新基業,成為與防務裝備傳統基業并列發展的兩大基業之一。

    航天新基業的發展也帶動了25所技術基礎能力的提升,衍生出的部分關鍵技術正在轉為民用、商用和特殊應用,形成產業化,推動該所“3+N”產業布局發展。依托微波探測、光電探測、先進通信專業技術優勢形成的三大產業,為25所兩大基業發展提供強力支撐。同時,25所面向3D打印、自主研發高端芯片、微波高密度集成、航天專用測試、先進光學加工、軟件等方向持續發力,逐漸形成產業化發展模式,支撐25所高質量發展。

    芯片技術是25所近幾年布局的一個支撐性產業方向,是“3+N”產業布局中“N”的一部分。在為衛星互聯網建設研制相控陣終端時,25所將終端天線的核心相控陣單元集成為多功能一體化硅基芯片,成功讓相控陣天線“瘦身”,適用航空、航海、汽車等多種場景需求。

    隨著新一代航天產品在輕量化、高功率器件散熱、極端環境高穩定性等方面要求越來越高,25所進一步融合先進設計、先進材料、先進制造技術,研發出系列航天輕質高剛結構、高效力-熱-電多功能一體化結構等產品。星上路由載荷還應用了3D打印技術。未來,該所將繼續強化3D打印技術在空間領域的應用,并向民用產業拓展,服務國計民生。

    “‘十四五’期間,在航天新基業發展方向上,我們將圍繞載人航天、月球探測、火星探測等國家重大工程專項,完善現有配套載荷能力,向產品化、系列化方向發展。與此同時,突破并掌握以激光通信、星上實時高速交換處理、導航增強為代表的核心關鍵技術,實現星上產品平臺化配套能力,支撐衛星星座互聯互通、天地組網等應用需求,形成產業化規模和能力?!碧峒拔磥硪巹?,楊剛介紹說。(文/金文莉)

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