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“宇宙星探X”,从科学构想走向工程实现

时间:2017年06月16日 信息来源:国际太空 点击: 【字体:


作为我国首个空间X射线天文卫星,硬X射线调制望远镜卫星承载着我国高能物理学界与天文学界众多科学家多年的梦想。此次成功发射太空,不仅使我国在空间天文领域内摆脱观测数据源受制于国外、难以率先获得创新性成果的尴尬局面,为获得重大科学产出、实现跨越式发展奠定新的里程碑;而且也是承担卫星抓总研制任务的航天科技集团五院总体部和承担科学目标提出、有效载荷研制的中科院高能所两支“国家队”精诚合作,打造用中国的理论、中国的卫星,提供给中国和全世界的科学家使用的太空望远镜,树立工程与科学、工程与技术完美融合的典范。

联姻,趟出一条深度融合的新路

与以往五院承担的其他卫星型号相比,硬X射线调制望远镜卫星最大的特点在于其独特的有效载荷。从技术角度来看,该卫星有效载荷工作在X射线频段内,无论是工作原理、系统组成、性能指标、检验方法,卫星平台接口等,都与传统的卫星研制有很大的不同;从型号工作角度来看,有效载荷的承担单位不仅是航天系统外的部门,而且是一家以高能物理研究为主要业务的基础科学研究所,无论在工程经验、产品质量控制规范性、还是在研制队伍运作的规范性上,与航天型号要求都有一定的差距。特别是凝结了国内众多科学家近20年心血才得以面世的有效载荷分系统,在型号方案阶段组织开展的风险识别专项工作中,赫然成为占全“九新”(新技术,新材料,新工艺,新状态,新环境,新单位,新岗位,新人员,新设备)的分系统,不仅在整星内独一无二,而且在国内众多在研卫星中也是非常少见的。 

这些背景都为硬X射线调制望远镜卫星带来了新挑战:对于负责研制的中科院高能所团队来说,就像新手刚拿到驾照就要上高速跑长途,而且要求快速、安全、准时抵达,其压力可想而知;对于负责卫星抓总的五院总体部而言,不仅新用户、新单位、新人员是无法回避的风险源,而且航天型号的进度与经费压力也绝不能容忍高昂的试错成本,何况还有大量的新技术、新工艺等问题亟待解决,各种困难实实在在。

如何破局?来自五院的王希季院士指出:“要站在国家和使命的角度帮助有效载荷上天!”高屋建瓴的一句话为打破困局指明了方向——联姻、共赢,从此,卫星平台和用户载荷两个研制单位紧紧地联系在一起。

“联姻”不是一句口号,而是需要双方真正地相互了解,相互支持。作为卫星平台研制方,五院总体部在充分了解用户科学目标和相关要求的基础上,通过精细的工作,在过程中加以实现;同时,用户方中科院高能所也需要充分了解和遵守航天标准,实施有效载荷的研制。为了实现这个共同的目标,卫星研制团队始终坚持中国航天“有问题共同商量,有困难共同克服,有余量共同掌握,有风险共同承担”的“四个共同”理念,以宽广的胸怀与科学载荷研制单位一起并肩战斗。

在卫星研制中,五院总体部的技术人员数十次深入用户部门,与用户切磋研讨,向科学家虚心求教,充分了解科学目标的深层内涵和任务要求,在对科学目标和用户需求深度理解,实现工程与科学深度融合的基础上,寻求从技术上的解决之道,在卫星研制实践中加以实现。可以说,每一步工程进展,每一个技术问题突破,用户每一项要求的满足,都是在航天人与科学家一道研究的基础上解决和实现的。每当科学载荷研制中遇到技术难点和困惑的时候,五院总体部多次主动靠上去,一起分析技术细节,优化技术和管理,解决遇到的困难,为完成科学载荷研制任务提供了有力的支撑。

此外,合作还体现在充分利用五院拥有的世界一流的研制试验验证设备和技术,对有效载荷研制单位进行技术支撑、配套、验证等各个方面。只要用户提出来,只要技术上有需要,五院都会举全院之力,责无旁贷的予以支持。比如,从产品配套上来讲,高能望远镜主结构、低能望远镜的电子学电路就由五院制造,装配也由五院组织实施。在空间科学领域工程与技术,航天人与用户科学家之间的精诚合作,最终保证了研制任务的顺利推进。

创新,展示我国空间科学领域新实力

面对全新的领域和用户严苛的要求,航天科技集团五院紧密围绕科学目标的实现,以最大化实现科学目标和用户要求为最高准则,瞄准国际一流破解卫星工程关键技术,提出“以新制新”的技术构想,大胆采用新方法解决有效载荷提出的新问题,倾力打造国际一流的空间天文望远镜。

研制以来,五院总体部结合任务需求,对卫星的工作模式展开了深入的论证,对研制难度较大的控制、测控、数传、热控等分系统的技术方案进行了反复专题讨论、优化论证和深入的技术研究。比如,为了解决望远镜内近乎“冰炭同炉”的热设计挑战,总体部热控设计师们动用了包括深冷热管在内的核心储备技术;还比如,针对卫星测控与数传任务的特殊性,进行了测控与数传方案优化论证,实现了全空间覆盖、可见即可控可传的测控与数传方案等。通过一系列总体深入论证与设计工作,简化了卫星设计的复杂难度,实现了有效载荷苛刻的技术要求,满足了多种观测模式需求,为获取更多的科学数据提供了基础保证。

特别值得一提的是,五院卫星研制团队在任务规划安排上还提出多种优化方案,尽可能给用户和科学家提供多种灵活的选择,保证了探测目标的实现和任务的实施。

与此同时,卫星在设计技术、姿态控制、热控、封装工艺、试验验证等方面有多项技术添补了国内空白,促进了我国空间技术的创新发展,充分展示出航天科技集团五院在我国空间科学领域的雄厚实力。

求同,用“航天标准”为科学产品贴上可靠标签

硬X射线调制望远镜卫星的有效载荷在技术上非常复杂,集成度高,其质量如何对确保望远镜获取数据非常关键,其中任何一个点出现问题,都将给型号进度和卫星的质量带来严重的影响。卫星研制过程中,五院团队在充分借鉴和坚持航天已有的成熟经验和相关规定,严格按照项目管理规范科学组织卫星工程实施的同时,还着眼于项目的特点,不断创新管理理念,积极探索强化科学载荷研制管理的规律和质量控制方法。

“没有规矩不成方圆”。为确保研制质量,航天科技集团五院以严慎细实的工作作风为主导,将数十年来积淀的行之有效的质量工作方法、系列管理规定和成功经验,移植到有效载荷研制工作中去,将航天人严谨的工作作风落实到有效载荷的设计师队伍中去。然而,在有效载荷研制工作之初,中科院高能所研制人员却感到不理解、不适应、不习惯。为确保万无一失,五院总体部对其进行了一系列航天质量管理标准、法规和规章制度的培训,宣贯在几十年的航天征程中,中国航天形成的一整套科学有效的型号设计、研制、试验验证标准规范,寻求他们对航天“基本法”的认同与理解,以形成共同的理念,共同的使命,共同的目标,共同的标准,共同的文化。

此外,卫星研制团队还积极协助承制方进行方案优化和系统仿真,并从元器件设计源头开始,严格按照宇航标准进行质量控制和组织生产。为严格把好关键环节,在生产过程中,五院总体部始终派人深入现场指导和监造,进行过程控制,保证了科学载荷研制不出反复,顺利推进。为规避科学载荷研制风险,五院总体部还坚持与载荷研制队伍开展阶段性风险预判分析制度,做到精准预判,精确对策,精心化解,最大限度的规避了研制和使用中的风险。比如针对分析中提出的科学载荷长时间在太空环境下工作,元器件、原材料老化退化,有可能影响科学载荷工作的情况,有针对性的加强和改进了多项工艺和处理方法,以确保探测器最大限度的发挥性能,为有效保证科学载荷的研制质量打下了坚实的基础。

通过工程实践的历练和培养,五院协助中科院培养和造就了一批具有航天质量意识和业务素养的研制队伍,为最终确保卫星安全、可靠上天奠定了坚实的基础。

可以说,硬X射线调制望远镜卫星的研制,充分吸收了五院几十年来卫星工程的成功经验和技术成果,充分体现出研制队伍满足用户需要进行产品设计制造的创新能力,充分展现了五院在空间科学卫星领域研制成本更低,速度更快、可实现方法多,可拓展能力强的雄厚实力和研制水平,完整配套的科研生产体系和完备的试验验证设施,充分彰显出中国航天多领域、多平台、全方位服务科学探测和研究的能力,这些能力和水平可以保证实现按照用户提出的任意要求量身定制。

总之,只要科学领域有需要,科学家有需求,五院就能提供让用户满意的卫星平台解决方案和各种相关服务。

“私人定制”,我们已经准备好了。

空间科学领域探测,约起!


(作者:庞丹)
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