■ 本刊编辑部
航天盛年多盛事 “四大工程”壮国威(下)——“十二五”国防科技成就系列报道之一
■ 本刊编辑部
“十二五”期间,以“北斗”、“高分”、“探月工程”、“载人航天”四大工程为代表的中国航天又迈上新的高度。完成多次国际商业发射,航天外交已成为中国高科技“走出去”的一张名片。
“十二五”期间,中国航天集团公司军民融合水平得到进一步提升,民用产业市场份额已经超过半壁江山。四大主业的齐头并进,有力地推动了航天强国建设的步伐。同时,中国航天集团公司不断提升军民融合发展水平,“十二五”期间,清晰北京、天津、上海等主要产业基地项目布局,推进武汉、保定、固安等新的产业基地建设,继续深化产业基地重点项目建设,加强产业基地内部的组织协调和资源整合,形成产业发展合力和规模效应。
在2015年度《财富》世界500强排行榜上,中国航天集团公司以2014年271.904亿美元的营业收入位列第437位,跻身世界500强企业行列,在该年度上榜的106家中国企业中排名第98位,在上榜的46家国资委监管的非金融类中央企业中排名第43位。
“十二五”期间,以“北斗”、“高分”、“探月工程”、“载人航天”四大工程为代表的中国航天又迈上新的高度。完成多次国际商业发射,航天外交已成为中国高科技“走出去”的一张名片。
航天“十二五”工程之三:
“绕、落、回”探月完美演绎
中国深空探测技术实现历史性突破
绕月探测工程(三期)是一项复杂的多学科高技术集成的系统工程。从绕月探测开始到目前的落月工程实施,使我国深空探测技术实现了一次又一次历史性突破。贯穿于“十二五”期间的三期工程于2011年立项,任务目标是实现月面无人采样返回。工程规划了2次正式任务和1次飞行试验任务。分别命名为嫦娥五号、嫦娥六号和高速再入返回飞行试验任务。
绕月探测工程是一项伟大的系统工程,对卫星的质量要求非常高,“一百减一等于零”是形容每一个环节,甚至每一个焊接点这些看似微不足道的地方都必须做好,否则一个小的地方出了问题,就可能导致整个工程的失败。为此对卫星、火箭几大系统进行“两个百分之百”的质量复查,充分保证了质量。
绕月探测工程又是一项复杂的多学科高技术集成的系统工程。从绕月探测开始到目前的落月工程实施,使我国深空探测技术实现了一次又一次历史性突破。
“嫦娥”一号、二号和三号卫星的成功研制。“嫦娥”探月卫星是一个全新的航天器,也是我国“绕”、“落”月探测工程五大系统中最为核心的系统。“嫦娥”一号、二号卫星与国外2000年以后已经发射的环月探测卫星相比,我国卫星的发射质量与干重的比例、载荷与干重比、能源系统和工程寿命等指标,均达到了国际上同类水平;“嫦娥三号则比嫦娥二号重了1000多公斤,入轨精度提高3倍多,因此需要突破多项技术来满足发射要求。”嫦娥三号由软着陆器和巡视器组成。为保证其在月面成功实现软着陆,并顺利开展科学实验,科学家和工程师们从科学设计到进行大量试验验证多方面着手,确保巡视勘察器能够“迈开”四条腿,巡视器“睁大”三双眼。此外,她的制导、导航与控制能力和精度,深空大天线支持条件下的远距离测控精度以及热控水平等,达到了国际先进水平。
嫦娥三号月球车示意图.新华社发
“绕”、“落”月探测工程是我国首次开展对地球以外宇宙天体的直接探测,是世界科技领域的前沿项目。面对这一全新领域,预见今后十几年内,世界范围内新的科学技术发展必将不断发生新的变化,航天技术还有可能发生许多突破性的进展。届时某个突破性的、革命性的成果,往往带来航天事业更多巨大的变化,因此要科学预见,密切关注,紧紧跟踪,正确认识和处理坚持自力更生、自主创新同充分利用全球科技资源的关系。
绕月探测工程系统复杂、协作范围广,是“万人一颗星”。随着“嫦娥”一号卫星圆满完成任务和二号卫星的有效运行,世人对探月二、三期管理模式及其机制怎样继承、创新和发展,怎样在我国现有的技术水平和有限的经费条件下,实施复杂的多学科、高技术集成的重大工程机制创新,怎样使科学目标通过工程实施变成现实的科研成果等等,都抱有强烈的兴趣。因此,在研究市场经济条件下的重大科技工程管理学,探讨“两弹一星”成功经验在新形势下对实施国家级重大科技工程的启示时,必须稳妥处理好发挥一期管理体系特色及作用与二期管理模式及机制创新的关系。
“绕”、“落”月工程实践中留给我们的宝贵经验和启示,是不是需要进一步弘扬、继承和深化、升华。回答是肯定的。“绕”、“落”月探测工程建立健全了从最高管理层、协调层,到五大系统、分系统、子系统直到根植于班组的全面管理体系,积累了宝贵经验。
体制机制创新问题是老生常谈的话题。在我国现阶段搞重大科技专项,必须要坚持科技创新与管理创新,必然也必须要继续深化改革、搞好体制机制创新,这就需要按照十八届五中全会精神,确实发挥市场在资源配置方面的决定性作用,正确认识和处理政府主导同市场机制的关系。搞重大科技专项,科技创新与管理创新本身都离不开市场经济环境和条件,都必须遵循航天产业发展和国防科技工业发展的规律,这就需要正确认识并更加注重发挥市场机制在有效配置人才、技术、资金等方面的重要作用。
从“嫦娥”卫星的历次发射及组织实施来看,作为政府部门的产业政策和科技政策,应当更多地立足于培育国防科研基础能力、重大科技专项研制能力和持久创新活力。这里虽然还有许多理论与实践问题亟待破解,但核心问题还是正确处理政府主导与市场机制、军民深度融合与现有企业、科研单位全面改革的关系问题。
搞重大科技专项,必然需要科技创新,而企业创新是要有效益的,这两者关系如何处理,一直是难题。对搞重大专项工程的科技创新评价,不能仅仅停留在设奖、拿奖上。要进一步从机制和制度上完善政府机构和社会机构引导重大工程科技创新,激励重大专项科技创新,正确地评价重大专项科技创新。
站在国家利益的大局上,需要正确认识和处理统揽全局同健全协调配合机制的关系,进一步理顺政府部门间及与军队的关系,加强横向协调。探月工程管理模式证明,它完全有力量把多元利益统一在国家利益之下。要以战略的眼光积极慎重地确定事关国家长存发展的重大科技项目,以科学的方法制定国家重大科技工程的实施,防止坐失机遇和走弯路。要积极探索并深化现有体制改革和在市场经济条件下进行资源配置的方法和手段,努力根据不同的重大科技工程的特点,参照矩阵式管理模式,建立健全适合专项工程要求的统一的协调配合机构和机制。通过职责清晰的协调配合机制和会议制度,及时解决工程实施过程中存在或出现的各类问题,确保整个工程紧张有序、系统协调地推进。
嫦娥1号
作为我国首次对地球以外宇宙天体的探测,工程的重点和难点在于测控技术的创新和测控能力的跃升。为此,航天人排除万难掌握了地月转移轨道控制、月球卫星精密定轨、大时延多模态下卫星状态监视与控制、多体制联合测控等一系列关键技术,突破了远距离测控、高精度测量等重大技术难题,实现了国内航天测控网、天文观测网、海上“远望”测控网和欧洲空间局测控网的无缝链接,使我国航天测控技术水平达到了新的高度,航天测控能力有了新跨越,保证了对“绕”、“落”月卫星进入深空后的技术测控。
探月工程是涉及最多的基础科学和应用科学、信息技术和工业技术及其他技术学科交叉融合的领域。承担地面应用系统的研制、建设和运行工作,需要攻克的难关是,如何准确接收到每颗“嫦娥”卫星的探测数据,指引“玉兔”展开月面巡视。因为,月球和“嫦娥”卫星距离地球有40万公里之遥,单靠普通地面站天线接收不到“嫦娥”每颗卫星的信号,必须研制新的大口径天线和高灵敏数据接收系统。研制建设“绕”、“落”月探测工程的地面应用系统,将再次为嫦娥三号的落月准确、巡视有效发挥更加独特的作用。
作为第一个深空探测地面应用系统,既涉及机电一体化、自动控制、无线电通信、信号处理、网络通信、计算机软硬件技术等高新技术,也与天体化学、地质学、天文、空间科学等基础科学密切相关;探月工程逐渐确立了我国月球科学研究的基础体系和探测数据的处理方法,建成了月球和深空探测数据处理系统、数据管理系统和科学研究基地,保障了月球探测科学数据的可靠接收、正确解译和深化研究。
对于任何一个大的科学系统工程来说,科学目标既是源头,也是最终的“试金石”。“嫦娥一号”在绕月一年时间内携带精心设计的8种有效载荷,围绕四大科学目标,从200公里的上空对月球进行科学考察。完成四大科学任务:探测月面地形地貌,获取全月球立体图;探测月球表面的元素和矿物成分;探测月壤特性;探测地月空间环境。这些需要全国相关科学家数年合力攻关,才能拿出精确的科研成果。说它难度很大,如其中的微波探测月壤特性,在全世界都是第一次,是更无可以借鉴的创新,使“绕”、“落”月探测工程科学目标完美实现。
对“嫦娥二号”卫星来讲,实现六个方面的技术创新与突破:突破运载火箭直接将卫星发射至地月转移轨道的发射技术;试验X频段深空测控技术,初步验证深空测控体制;验证100公里月球轨道捕获技术;验证100公里乘15公里轨道机动与快速测定轨技术;试验全新的着陆相机,以及验证大幅提高的数据传输能力;对“嫦娥三号”预选着陆区进行高分辨率成像试验及后来奔向3000万千米以远的深空。
网络天文漫画“广寒宫”
相关链接1:
我国航天事业“五大能力”:一是进入空间的能力。共研制了12种不同型号的长征系列运载火箭,进行了100余次发射,拥有高中低多种轨道的发射能力。二是卫星研制与应用能力。自行研制和发射了80多颗人造地球卫星,目前在轨运行的有通信、遥感、导航定位、科学实验等几大卫星系列,为国民经济发展做出了积极的贡献。三是航天基础与保障能力。形成了较为完善的运载火箭与航天器的设计、制造、试验和测试能力,建设了酒泉、西昌、太原三个航天发射场和覆盖范围广泛的航天测控网,建成了气象、海洋、资源、通信广播卫星等多个卫星地面应用和应用体系。四是载人航天能力。神舟五号、六号载人飞船的发射成功,使中国成为世界上第三个掌握载人航天技术的国家。五是空间探索能力。“嫦娥一号”探月卫星成功进入环月工作轨道、传回数据并制作出第一张图片,这是继我国1970年发射人造地球卫星、2003年实现载人航天之后,中国航天事业发展的又一里程碑。这些能力的形成,使我国成为世界上有影响的航天大国。
相关链接2:
探月工程的“十二五”记录:2011年8月25日23时27分,经过77天飞行,嫦娥二号在世界上首次实现从月球轨道出发,受控准确进入日地拉格朗日L2点的环绕轨道,标志着三项拓展试验圆满成功。
2012年2月6日,嫦娥二号月球探测器获得的7米分辨率全月球影像图。12月13日,飞离日地拉格朗日L2点约200天的嫦娥二号卫星,在距地球约700万公里远的深空与图塔蒂斯小行星交会,并获取小行星高清晰图像。
2013年岁末,嫦娥三号探测器成功着陆月球,我国成为世界上第三个成功实现航天器地外天体软着陆的国家,实现了我国探月工程“三步走”计划中的第二步“落”。同时,作为探月三期先行任务的嫦娥五号飞行试验器发射成功,我国首次再入返回飞行试验取得圆满成功。
2014年10月24日中国探月三期再入返回飞行器发射升空,11月1日,飞行器服务舱与返回器分离,返回器顺利着陆,试验任务取得圆满成功。此后,服务舱拉升轨道,继续开展拓展试验,先后完成了远地点54万公里、近地点600公里大椭圆轨道拓展试验和环绕地月L2点探测、返回月球、嫦娥五号调相机动模拟试验、两器月球轨道交会对接飞控过程模拟等任务。
2015年9月2日,探月工程三期再入返回飞行器服务舱完成对嫦娥五号预定采样区遥感成像飞行任务,获取了该区域地形地貌信息,为嫦娥五号任务月面软着陆和采样区域的选择提供了依据。
嫦娥和玉兔生活在月亮上的广寒宫里,这个美丽的中国神话将不再只是神话了。国际天文学联合会已宣布,中国“嫦娥三号”探测器落在月亮上后,“玉兔”月球车又出去跑了一圈的那块地,被正式命名为“广寒宫”。附近三个撞击坑分别命名为“紫微”、“天市”、“太微”。
嫦娥三号落月点
航天“十二五”工程之四:
为中国和平开发太空奠基
“十二五”载人航天小传:
2011年11月1日5时58分,承载着首次交会对接任务的神舟八号飞船搭载模拟人,在中国酒泉卫星发射中心发射升空,6时07分进入轨道,开始“追赶”天宫之旅。
2011年11月3日凌晨1时36分,神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器成功对接;11月14日20时许神舟八号完成与天宫一号的二次交会对接。
2012年6月16日,我国航天员景海鹏、刘旺、刘洋驾乘神舟九号载人飞船成功进入太空,在顺利完成与天宫一号目标飞行器自动交会对接和手控交会对接,并进入天宫一号圆满完成一系列科学实验后,于6月29日安全返回地面。
2013年6月11日,我国航天员聂海胜、张晓光、王亚平驾乘神舟十号载人飞船成功进入太空。
随着人类经济社会的不断发展,人口的日渐增多,地球上的资源以及空间日渐显得稀少,人类走出地球、走向太空,到太空里去开展实验,寻找资源,已经是一个共识。中国加入到航天探索的领域之后,进展迅速,成果显著,已经成为世界上少数几个能把自己的航天员送入太空的国家之一。
中国载人航天工程办公室主任王兆耀表示,中国载人航天工程已经实施了20年。在这20年里,通过10次飞行试验,已经成功突破和掌握了载人航天的三大基本技术。一是载人天地往返,二是航天员空间出舱,三是交会对接技术(两个飞行器在空间的交会对接)。我们建成了较为配套的载人航天研制生产试验、测试发射、测量控制的体系。取得了900余项的国家级发明专利和科技进步成果。加强了国家航天的基础设施建设,提升了我国航天产业的整体能力,带动了相关的基础科学、应用科学的研究。
天宫一号对接神舟八号
2011年11月3日凌晨1时36分,天宫一号与神舟八号的空间交会对接,是2011年中国最重要也最具轰动效应的航天活动,各方媒体和航天专家以及广大公众对此给予高度关注,称这是中国向建设自己空间站的目标迈出的关键一步。与以往历次载人航天发射活动相比,天宫一号发射之前有关准备工作公开和透明程度相当高。发射之前几天,中央电视台每天都从酒泉卫星发射中心发回最新消息,镜头中不乏火箭和目标飞行器的一些部位的细节,这在以前是很少见的;而在天宫一号发射前一天,天宫一号/神舟八号交会对接任务总指挥部在酒泉卫星发射中心举行新闻发布会,由中国载人航天工程新闻发言人介绍任务情况,这在以前历次任务中也是从来没有过的。
天宫一号与神舟八号对接任务的公开、透明,体现了对重大事件公众知情权的尊重,是对社会各界关心航天事业的回应,也是航天事业与媒体及百姓形成良好互动关系的基础。改革开放之前,中国航天一直处于高度保密状态,新闻媒体鲜有这方面的报道,而这一行业对普通百姓来说更是充满了神秘感。改革开放后,伴随走向国际市场的脚步,中国航天在媒体上出现的频率越来越高,老百姓对航天的关注度也越来越高。特别是进行了三次载人航天飞行后,“神五”、“神六”、“神七”等成为百姓耳熟能详的名词,而那些航天英雄的名字也常常挂在孩子们的嘴边。在任务执行中的某些时段,“航天”甚至成为热度最高的词汇。此次交会对接任务,在没有航天员参与的情况下,依然吸引各路媒体纷纷到酒泉卫星发射中心安营扎寨,既出人意料,也在情理之中。在这种情况下,以公开、透明和善意回应媒体的关注和社会公众的关心,体现了中国航天的开放精神,也彰显了中国航天人的自信。
2011年11月17日,神舟八号飞船返回舱成功返回地面,历时50天的我国首次空间交会对接任务宣告取得全面胜利和圆满成功,我国空间站建设又迈出了坚实的一步、实现了新的跨越。承担着此次交会对接三大核心关键系统研制任务的中国航天科技集团公司以完美的表现,为推动我国从航天大国向航天强国迈进作出了重大贡献。
作为交会对接任务中的核心力量,航天科技集团公司承担的载人飞船系统、运载火箭系统、空间实验室系统三大核心关键系统,为首次空间交会对接任务的全面胜利立下了卓著功勋。这三大系统的技术水平要求极高,难度极大,国际上交会对接失败的例子也曾比比皆是。面对艰巨任务,航天科技集团公司不畏艰险,敢打敢拼,精于质量,勇于创新,用完美的表现践行了“尽善尽美”的承诺,三大系统也因此成为中国航天“质量最高标准、技术最高水平、管理最佳实践”的典范。交会对接技术的突破,为中国航天完成载人航天工程的后续任务奠定了坚实的基础。
神舟九号载人飞船发射成功
美国《国际日报》日前刊文说,神八的升空,以及神八与天宫一号的对接,证明了中国进步的速度比我们意料的更快,中国在航天技术上的成就也比美国人预料的要更大,美国这回不是听到了背后追赶的脚步声,而是发现他们有了一位新的航天领域的合作者。从神五的起步,到神八的成功,中国在世界上的角色完成了一个划时代的跨越。
法新社报道称,中国将航天计划视作国际地位提升、技术水平提高以及国家繁荣富强的一个象征,目标是到2020年完成空间站建设,这需要完美的对接技术。首次交会对接的顺利完成,向建设载人空间站这一雄心勃勃的目标迈出了关键一步。西班牙埃菲社报道说,中国发射神舟八号并与天宫一号实现交会对接,为中国这个亚洲巨人在空间拥有第一个永久空间站的计划翻开了新篇章。英国路透社认为,神舟八号与天宫一号成功实现首次无人自动交会对接,是中国突破载人航天技术、未来建立长时间运行空间站的关键测试。
澳大利亚每日航天网站发表了航天专家莫里斯•琼斯的专栏文章称,神舟八号飞船与天术上的困难,这次对接成功不仅是在技术上又前进了一步,而且代表着阻碍中国载人航天飞行进步的一系列问题得以解决。作为神舟飞船系列的最新型号,神舟八号飞船的运行状态表明,中国载人飞船的设计被最终解决。神舟八号的飞行创造了历史,但其真正的贡献在于为此后的任务奠定了坚实的基础。
2013年,神舟十号飞船载着3名航天员,完成了首次应用性飞行,载人航天工程第二步第一阶段完美收官。天宫一号与载人飞船4次自动交会对接和两次手控交会对接的成功,使我国成为世界上第三个独立掌握交会对接技术的国家。我国掌握了这项技术对实现载人航天工程“三步走”战略目标具有决定性意义。
事实上,早在1992年9月21日,中国政府决定实施载人航天工程,并确定了三步走的发展战略。第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验。第二步,在第一艘载人飞船发射成功后,突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术,并利用载人飞船技术改装、发射一个空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题。第三步,建造载人空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
为加强对工程的领导,中国政府设立了中国载人航天工程办公室,实施大型系统工程专项管理,统筹协调工程13个系统的110多家研制单位、3000多家协作配套和保障单位的有关工作。
中国载人航天工程第二步第一阶段任务完美收官,标志着中国载人航天工程首次突破了交会对接技术,首次成功运营管理了中国第一个载人空间实验平台,首次实现了空间飞行器组合体的建造运行、控制与管理,首次实现了中国航天员进驻在轨长期运行的载人航天器并在其中健康生活和高效工作,首次将中国女航天员送入太空并安全返回,使中国成为世界上第三个独立掌握交会对接技术的国家,为空间站建设打下了坚实的技术基础。
工程总设计师周建平在受访时指出,经过8年多的研制和天宫一号、神舟八号、神舟九号、神舟十号共4次飞行任务,全面完成了预定目标,取得一批具有自主知识产权的技术创新结果,其中主要包括:突破和掌握了交会对接技术;研制了高可靠的载人天地往返运输系统;研制了中国首个试验性空间实验室天宫一号,建成了支持航天员在轨中短期驻留的载人空间试验平台;大幅提升了载人航天发射、测控和着陆回收综合保障能力;周建平介绍,相关技术均已在中国航天领域得到应用,增强了中国航天的技术储备和技术能力,“航天技术本身与我们的经济、生活密切相关”。
可以预计,载人航天工程的实施,必将推动诸多领域的科学研究,带动和促进一大批相关产业的发展。或许交会对接任务的成功,并不能立刻显示出带动宏观经济增长了几个百分点,但专家认为,从过去的经验来看,不管是古代人类从非洲向高纬度地区的扩散,还是哥伦布发现新大陆,不管是人类的足迹由陆地走向海洋,还是飞向天空,每次人类突破自己的生存疆域,都必然会带来生活方式的改变、生活质量的提高和经济的飞跃。
神十