海天同唱创新曲

　　 自主创新领航神舟

　　 谁掌握了核心技术，谁就抢占了世界科技的制高点，谁就掌握了未来发展的主动权。

　　 1992年，党中央做出了发展载人航天的战略决策，并且明确了一个前提——中国载人航天以飞船起步。这年9月，中央专委确定了我国载人航天工程分“三步走”的发展战略，中国载人航天发展脉络从此坚定而清晰。而此时，距离美、苏发射飞船已经过去了40年。

　　 “起步虽晚，但起点不能低。”中国载人航天工程顾问王永志回忆当时决策的情景时说，“我们的大思路是要跨越式发展。”

　　 但是，“跨越式发展”谈何容易。载人航天是战略高技术，而高技术用钱是买不过来的。中国发展载人航天没有任何捷径可走，只有自主创新。

　　 创新无处不在。

　　 从飞船设计的高起点到火箭研制的高标准，从独具特色的航天医学工程体系的建立到先进的航天测控网的形成……航天人在短暂的时间内，形成了一系列打着自主创新烙印的“中国制造”和“中国创造”——

　　 研制出高安全性、高可靠性的长征二号Ｆ型运载火箭；建立起体现尖端和前沿科技集成的飞船应用系统；新建成载人飞船发射场、陆海天基载人航天测控通信网和飞船着陆场系统……载人航天由8大系统组成，无论是火箭改进、飞行控制，还是航天员训练、发射场和着陆场等方案论证设计，我国瞄准的都是世界科技最前沿，确保关键技术能与世界先进水平并驾齐驱，局部还有所超越。

　　 从1999年装载形体假人升空到神舟四号载人航天所涉及的各系统全面启动，从神舟五号“1人1天”、神舟六号“两人多天”航天飞行到神舟七号航天员出舱活动，神舟八号、神舟九号与天宫一号的交会对接，中国航天人一步一个脚印地走得扎扎实实。

　　 “发射一次，前进一步”——载人航天事业的发展一次次雄辩地向世界证明：中国人有志气、有信心、有能力在攀登现代科技高峰的道路上不断创造非凡的业绩。

　　 “超级智囊”掌控神舟

　　 神舟九号载人飞船与天宫一号目标飞行器组合体的14个分系统的各种参数如何控制管理？人机交互的仪表显示系统怎样工作？天地间收发E-mail是如何实现的？掌控这一切的，是一个由各种应用软件智能管理系统组成的“超级智囊”。

　　 神舟九号的“超级智囊”由5万行软件代码所支撑。中国空间技术研究院科技人员为使飞船“超级智囊”更加强大，倾情奉献智慧和汗水，仅自主应急返回系统中的落区算法这一项，就需要完成6000行代码的编写工作。

　　 中国空间技术研究院科技人员从2007年接受软件研制任务起，就开始仪表控制器应用软件的研究工作，为让智能管理员的工作更为高效，技术人员先后根据载人交会对接的需要，对仪表控制器应用软件进行10多次的参数修改和更新。

　　 为确保软件在轨期间的稳定运行，科技人员通过对软件进行优化设计，实现在地面就可以对目标飞行器上的软件进行监测并适时更新，适时对软件进行升级，还能保证对飞船上航天员的“超级智囊”适时增加新的功能。

　　 专家透露，正是有“超级智囊”的给力支持，航天员可以借助仪表控制器应用软件，根据需要在太空中与地面进行短信编辑和收发电子邮件等信息交流，太空中的操作界面与地面互联网的电子邮件系统一样，可以直接输入文字，并能添加附件、传递大量数据信息。

　　 攻坚克难放飞神舟

　　 神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器太空“牵手”的瞬间，是首次载人交会对接任务中最受人们关注的一刻，中国载人航天发展史必定会铭刻这一辉煌瞬间。而为了让这一瞬间完美无缺，航天科技工作者花费了16年的时间。

　　 “科学不可能是一个人的事业。”据载人航天工程办公室统计，直接参与载人航天工程研制工作的研究所、基地、研究院一级的单位有110多个，配合参与这项工程的单位多达3000多个，有数十万科研工作者参与其中。

　　 每一次神舟任务的完成，都浸透无数科研人员的智慧与汗水，空间交会对接系统的研制是其中的一个缩影。

　　 “方案论证是从一张白纸开始的。”载人航天工程空间实验室系统副总设计师张崇峰说。

　　 交会对接机构由捕获缓冲、连接分离、控制和控温4个子系统组成，包括118个传感器、5个控制器、上千个齿轮轴承、18个电机和电磁拖动机构、数以万计的零件和紧固件，在其内部，更是有数百条导线纵横密布。要使这么多零部件协调一致，这么多导线不出现任何差错，真是难上加难。

　　 “解决了动力学参数设计问题只是解决了设计方案可不可行的问题。当时，我们对项目后续进展还是很乐观的，却不知真正的考验才刚刚开始。”回忆起当时的情景，张崇峰介绍说，“要把几百个齿轮装配好，协调匹配的工作难度非常大，大量的机构设计工作又开始了。”

　　 交会对接时，要在一两秒钟之内完成数百个齿轮与轴承一连串的捕获动作，还要在10余秒内完成缓冲等动作，对接机构必须非常灵活。为了一气呵成地完成交会对接动作，研制人员下了极大的工夫，并攻克了10个关键技术，其中包括接触、捕获、缓冲、拉紧、密封连接及分离等机构。研制人员从小部件、小单机开始做起，再串成整体系统，进行试验验证。

　　 当时，中国航天科技集团805所一批从事传动设计的老设计人员起到了关键作用。一位叫杨耀明的老设计师曾做过一项统计，设计交会对接机构半年所画的图纸是其过去20年的总和，可见这些传动设计领域老专家们的工作量之大、付出的心血之多。

　　 设计方案完成后，首先需要进行仿真验证，而新的困难又来了。上世纪90年代，我国的仿真技术刚刚起步，研制人员曾花费大量精力进行数学仿真，并建立了虚拟样机，反复修改模型与参数，模拟交会对接的全过程。并与哈工大、上海交大等高校及一些科研单位分别进行计算仿真模拟，相互进行对比。

　　 都说“十年磨一剑”。研制初期，研制人员经过测算，计划用10年的时间完成交会对接系统的研制工作，但由于种种原因，最终完成这一任务用了16年。在这16年里，神舟飞船发射了7次。当载人航天工程其他分系统的研制人员已多次为成功而庆贺，不少人喜获嘉奖时，交会对接系统的研制团队却仍然默默无闻地攀登着一座座技术高峰。

　　 精益求精护航神舟

　　 6月16日18时37分，当喷薄而上的长二F火箭成为记者拍摄的焦点时，殊不知，它在总装的过程中就已经留下了6000多张“特写”照片，这是火箭总装质量管控的一个环节。

　　 从火箭部件入厂验收、配套总装到出厂，“只要有人操作的环节”都会进行拍摄。检验员、工艺员和操作者对照片记录的要素进行认真确认，对每个插头的对应照片进行编号，然后再按照火箭分段进行分类归档，以便日后查询。

　　 将多媒体技术引入总装环节，是中国运载火箭技术研究院211厂的一项质量管理创新。它让总装车间的工作人员吃了“定心丸”，为火箭的零缺陷添加了一道安全“防火墙”。

　　 航天事业是高风险的事业，科学求实是其永恒的主题。对于追赶中的中国航天来说，速度与效益、质量与安全，是不可偏废的工作标准。“零缺陷、零疑点、零故障”，催生了一系列管理与生产的创新。

　　 拧螺丝是一件小事，但拧火箭的螺丝就不是一件小事。以前就有总师提出，火箭上的螺丝到底拧到什么程度才是合适的？在很长一段时间里，拧火箭的螺丝靠的是老师傅们的手感，尽管统计数据表明，他们的“手感”与工艺人员给出的数值不相上下，但是“总感觉有风险”。

　　 现在，每一名火箭的总装员工手上都有一把数字力矩扳手，在拧螺丝的时候，总装员工只需读取力矩扳手上的数字即可，然后将这个数字记录到专门的表格中。

　　 为了确保火箭发动机的质量，航天科技集团六院创造了一种确保质量的利器——“质量跟踪卡”，如今它成为航天工业的行业标准，在全系统得到推广。

　　 “质量跟踪卡”运用科学管理手段，体现了上道工序为下道工序服务，下道工序为上道工序把关的思想，使工序中影响产品质量的人、机、料、法、环各因素处于受控状态；解决了发动机生产过程的质量跟踪问题。

　　 有了跟踪卡，无论发动机什么时候发生故障，都可以回过来查出是什么原因，谁的责任。在一次重点型号的质量复查中，就是利用质量跟踪卡查出该台发动机中的一台单机燃烧室内通道有一处堵塞，消除了可能导致飞行失败的重大隐患。

　　 “我们交付的每一台发动机，它飞在天上，但数据都在我们心里。”六院质量技术部副部长谭松林说。

　　 三大技术突破

　　 “两次成功下潜到7000米深度，并圆满完成相关作业任务，各功能和性能都得到了充分检验。”接受记者采访时，“蛟龙”号载人潜水器总设计师、中国船舶重工集团公司第702研究所研究员徐芑南言语中透着自豪。他介绍说，从5000米到7000米，带来的挑战是严峻的。“深度增加2000米，相当于加了200个大气压，到7000米的时候，‘蛟龙’号的外壳每平方米要承受7000吨压力，高压下的强度和密封是否可靠？这是最大的挑战。”

　　 除了海底巨大的压力外，低温也是一个考验。“蛟龙”号潜水器上有很多充油的设备和液压系统，润滑油在高压、低温的联合作用下，其黏度会增强，7000米深度时，高压会不会影响液压系统正常工作？还有，“对潜航员来说，无论是心理还是体力，7000米都是一个严峻的考验。”

　　 所有这些挑战，“蛟龙号”都经受住了。“之所以如此，是因为‘蛟龙’号的研发团队10年来在众多方面实现了技术突破。”徐芑南表示，“蛟龙”号有3大技术特色，即近底(接近海底)自动航行和悬停定位、高速水声通信、大功率充油银锌蓄电池提供动力。

　　 徐芑南说，“蛟龙”号要想工作就需要在海底“稳住”。“蛟龙”号具备自动航行功能，即自动定向航行、自动定高航行和自动定深功能，驾驶员设定好方向、深度（或高度）后，可放心进行观察和科考。“蛟龙”号还能悬停定位，在海底洋流和机械手运动干扰下能够做到针对作业目标的“悬停”，令人称道。

　　 “蛟龙”号的通信被喻为它的“耳朵”，和陆地的电磁波通信不同，一般电磁波在海水中衰减很快。蛟龙号要潜入深海数千米，如何与科考船(母船)保持联系、进行通讯，现在主要靠声纳。在中科院声学所朱敏副总设计师带领下，他们采用了高速数字化水声通信技术，能够适时传输语音、文字和图片。徐芑南说，这是国外绝大多数载人深潜器所没有的。

　　 完全由我国自主研制的充油银锌蓄电池，具有重量轻、析气量少的特点，超过110千瓦时的容量，更是当下国际潜水器上最大的电量，这意味着更长的水下工作时间和更多的测量仪器。同时，“无动力下潜上浮技术”为潜水器节约了能源，其中的重要角色是两组压载铁：下沉到达预期位置时，抛掉一组下潜压载，并通过可变压载系统进行微调，实现悬停；水下工作结束时抛掉另一组上浮压载，即可实现上浮。

　　 这些技术优势使得“蛟龙”号迈进了世界载人潜水器的第一梯队。

　　 “载人潜水器本体研制需要攻克很多技术难点。”耐压、密封、控制、水声通信等，都是潜水器研制过程中一块块难啃的“技术骨头”。徐芑南说，“研发‘蛟龙’号之初，就确立了‘下得去，能干活；上得来，保安全’的设计理念。”控制系统相当于载人潜水器的“大脑和中枢神经”，其重要性不言而喻。在“蛟龙”号研制过程中，中科院沈阳自动化所王晓辉副总设计师带领团队，采用先进的控制策略，有效克服潜水器本体、海洋环境等不确定性干扰，在潜水器长距离航行时实现了全自动航行控制功能。

　　 对此，首席潜航员叶聪颇有感触。“自动驾驶时，可以自动实现定高、定深、定速和定向航行，如果遇到障碍物，潜水器会发出警报。这些功能减轻了潜航员的劳动强度，我们会觉得很轻松。”

　　 此外，还有生命支持系统、水面支持系统，等等。“所有这些成熟的功能设计，已让‘蛟龙’在5000米或7000米海底畅游自如。”徐芑南说。

　　 十年磨一剑

　　 徐芑南说，作为中国自行设计、自主集成，具有集成创新的第一台深海载人潜水器，“蛟龙”号从方案设计、初步设计到详细设计，全部由中国工程技术人员自主完成。其关键核心技术，如耐压结构、密封技术、优化集成、生命保障、远程水声通讯、航行控制等，都是中国人自己突破的。总装联调和海上试验也是由中国独立完成。

　　 其实，“蛟龙”早期并非完美，它是在一次次试验中逐渐改进完善的。2002年，“蛟龙”号潜水器正式立项，成为国家“863”重大专项。在“863”计划的支持下，科技人员攻克一道道技术难题，2008年设计制造成了我国第一艘载人潜水器。2009年8月，“蛟龙”号首次进行海试，初试虽然成功，但也暴露了一些问题，包括水声通讯设备的可靠性和抗干扰性、接地绝缘检测、液压系统、视频系统完善等内容。

　　 “初次下海，问题不少，这也属于正常情况，为了能顺利突破3000米，我们进行了技术改进。2010年，3000米级海试时实现了水声系统的改进，下潜深度达3759米级，并通过机械手放置了一面五星红旗和一个‘龙宫’的标志物。”

　　 “从3000米级到5000米级，‘蛟龙’号改进了灯光布置。”徐芑南说。因此，在5000米级海试后，“蛟龙”号带回了很多这样清晰的录像和照片，首次在海底照片中分辨出多种深海生物，包括鼠尾鳕鱼、海参、水螅等；也首次录制了高清的海底录像，为研究提供了方便。

　　 此次7000米级海试，主要进行了3方面改进：改进液压系统，提高对压力和低温的适应能力；完善了高清视频系统，对16个水下灯重新做了布局，加强了高清摄像传输能力；增加了GPS卫星定位装置，如果遇上恶劣天气，可以在最短时间内对潜水器精确定位，确保安全返回。此外，“蛟龙”号中还增添了新的生物取样器、存放篮等。

　　 “蛟龙”号海试遵照科学规律，由浅入深、逐步进行，边试验、边改进、边完善。从立项、建造，到海上试验，历经10年，“蛟龙”号圆满完成了设计最大下潜深度的海上试验，先后攻克了耐压密封系统、自动控制系统、声学通信系统、电池能源系统等一系列技术难关。

　　 如今，在国家海洋局的协调下，“7000米载人潜水器项目”已经实现了潜水器本体系统、水面支持系统、潜航员系统和应用系统这4个系统之间技术上的无缝对接。

　　 作业能力提升

　　 “‘蛟龙’号成功突破7000米，表明了我们有能力达到全球99.8%的海洋深处进行探索。”国家海洋局局长刘赐贵说。

　　 这是一个什么概念呢？比如，中国大洋协会和国际海洋管理局签署的东北太平洋多金属结核资源勘探合同区域，洋底深度超过5000米。“若在过去，要么只好望洋兴叹，要么只能借助探测仪器进行远距离科考，而‘蛟龙’号此次突破，为我们提供了近距离科考平台，它可以装载科学设备，深入5000米以下洋底，对目标进行更精细探测。”徐芑南解释说。

　　 “虽然7000米深度全面检验了潜水器的各项性能，但仅仅下潜到某一深度远不是潜水器的全部功能。在接下来的下潜中，我们还要在有条件的情况下进行各项科考作业，检验各项设计功能。”徐芑南称，对于需要应用它的科学家而言，更关心的是在某一深度是否能完成他所希望的作业任务。所以，今后蛟龙号的技术改进绝不是深度的递进，而是作业能力的提高和使用成本的降低。

　　 国家海洋局局长刘赐贵表示，未来3至5年将开展“蛟龙”号试验性应用。通过试验性应用航次，一方面尽快满足国内科技界对“蛟龙”号的急切需求，尽快取得一批高水平的研究成果；另一方面，逐步形成“蛟龙”号的业务化运行能力，探索出一套面向全国开放的应用机制。据刘赐贵透露，针对目前国际海底区活动的需要，并根据“蛟龙”号的实际技术状态，我们准备在西南印度洋、太平洋等重点关注区域开展试验性应用的调查计划。

　　 今后，设计研发单位将根据这次海试过程中出现的一些问题进行改进、完善和提高。未来一两年之内，中国大洋协会将牵头组织开展“蛟龙号”试验性应用，通过试验性应用，对潜水器、水面支持系统等重要装备进行进一步技术完善，更加成熟后再交由国家深海基地业务化运行。徐芑南表示，“蛟龙”号将为进行更大范围的海洋科考提供技术平台支撑，包括运载科学家和工程技术人员进入深海，在海山、洋脊、盆地和热液喷口等复杂海底有效执行各种科学考察，开展深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测和生物捕获等工作，并将执行水下设备定点布放、海底电缆和管道检测，以及其他深海探寻及打捞等各种复杂作业。