一項(xiàng)航天任務(wù)的完成可能需要上萬名航天人的共同努力，我們做的是把好航天器飛入太空前的最后一道關(guān)：以最直觀的方式實(shí)測(cè)在太空微低重力環(huán)境中航天器的各項(xiàng)性能，在地球上給它進(jìn)行微低重力“模擬考”。

侯瑋杰 中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院518所試驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)研究室副主任

6月17日，神舟十二號(hào)載人飛船成功把3名航天員送到空間站天和核心艙，未來3個(gè)月，空間站將成為他們工作生活的大本營(yíng)。

對(duì)于未來空間站的表現(xiàn)，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院518所試驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)研究室副主任侯瑋杰信心滿滿。因?yàn)樵谶M(jìn)入太空前，這些航天器早已在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了上百次的實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)。

除了該項(xiàng)目，從業(yè)6年來，32歲的侯瑋杰還組織實(shí)施了多個(gè)型號(hào)航天器任務(wù)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的研發(fā)工作，先后圓滿完成了嫦娥五號(hào)環(huán)月軌道交會(huì)對(duì)接、空間站、巡天光學(xué)艙等多個(gè)型號(hào)任務(wù)的地面全物理仿真試驗(yàn)。

“一項(xiàng)航天任務(wù)的完成可能需要上萬名航天人的共同努力，我們做的是把好航天器飛入太空前的最后一道關(guān)：以最直觀的方式實(shí)測(cè)在太空微低重力環(huán)境中航天器的各項(xiàng)性能，在地球上給它進(jìn)行微低重力‘模擬考’。”侯瑋杰感慨道，中國(guó)航天事業(yè)承載了太多的希望，凝聚了幾代航天人的心血，任何環(huán)節(jié)都不容閃失。

祖國(guó)的需要就是我的專業(yè)

侯瑋杰的太空夢(mèng)始于2003年，那年我國(guó)航天員楊利偉乘坐神舟五號(hào)飛船進(jìn)入太空。

“楊利偉是我們這一代航天人的偶像，很多同齡人都是受他影響走上航天路的。”侯瑋杰回憶道，從那時(shí)起，探索宇宙的奧秘成了他最大的業(yè)余愛好。

侯瑋杰在實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想的道路上一步一個(gè)腳印，走得十分扎實(shí)。他本科學(xué)的是機(jī)械工程、研究生階段選擇了北京理工大學(xué)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)，在校期間他就參與了多個(gè)型號(hào)任務(wù)的研究工作，還光榮地加入了中國(guó)共產(chǎn)黨。

2015年，侯瑋杰終于正式成為一名航天人，進(jìn)入中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院518所工作，開始從事航天器微低重力模擬與仿真技術(shù)研究工作。

“航天器微低重力模擬與仿真技術(shù)研究”涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)等多個(gè)專業(yè)，與侯瑋杰所學(xué)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)截然不同。補(bǔ)齊專業(yè)短板，成為入職初期侯瑋杰的主要任務(wù)。

對(duì)于沒能從事與自己專業(yè)對(duì)口的工作，侯瑋杰也從沒感到遺憾。“我很喜歡物理學(xué)家錢偉長(zhǎng)說的一句話：‘我沒有專業(yè)，祖國(guó)的需要就是我的專業(yè)。’”他說。

為了能快速掌握崗位所需知識(shí)，侯瑋杰查閱了20世紀(jì)60年代以來能找到的各類中外文獻(xiàn)。“大概有2000多個(gè)文件，加起來有十幾個(gè)G。”侯瑋杰回憶道，那時(shí)候白天進(jìn)行試驗(yàn)，只能利用晚上的下班時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)。

為了能早些適應(yīng)工作，侯瑋杰必須要加快學(xué)習(xí)速度，為此他發(fā)明了一套關(guān)鍵字閱讀法。不過，很快他就發(fā)現(xiàn)，不能讀得太快，因?yàn)槲墨I(xiàn)中埋了不少“雷”。“讀文獻(xiàn)時(shí)，我發(fā)現(xiàn)其中很多數(shù)據(jù)是錯(cuò)的，極易把研究引入相反的方向。”他回憶道。

最終，用了一年半的時(shí)間，侯瑋杰系統(tǒng)掌握了這一研究領(lǐng)域的理論知識(shí)。

從0到1打造新理論體系

2018年，侯瑋杰接到了為嫦娥五號(hào)進(jìn)行微低重力仿真試驗(yàn)的任務(wù)。

“航天器在被送入太空前，都要進(jìn)行仿真試驗(yàn)。通常要先經(jīng)過建模，在電腦上進(jìn)行‘數(shù)字模擬’。‘數(shù)字模擬’無誤后，我們?cè)僦谱鞒雠c航天器1：1比例的實(shí)物模型，將其置于模擬太空的微低重力環(huán)境中，進(jìn)行實(shí)物仿真試驗(yàn)。”侯瑋杰介紹，該仿真試驗(yàn)非常重要，因?yàn)樘涨闆r非常復(fù)雜，僅依靠“數(shù)字模擬”是不夠的，仍可能會(huì)出現(xiàn)意想不到的狀況。可以說，實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)是航天器進(jìn)入太空前要通過的最后一道關(guān)口。

侯瑋杰指著試驗(yàn)平臺(tái)上的一個(gè)龐然大物說，這個(gè)“大家伙”就是嫦娥五號(hào)的軌道器和返回器的組合體模型，為了模擬太空微低重力狀態(tài)，就需要用氣浮軸承把它們托起“懸空”。

侯瑋杰口中的氣浮軸承就是一個(gè)個(gè)直徑約20厘米的圓形托盤，當(dāng)給氣浮軸承通上氣，氣浮軸承底面與地面之間就會(huì)產(chǎn)生一層具有剛性的氣膜，能將龐大的航天器穩(wěn)穩(wěn)托起，而且?guī)缀鯖]有摩擦力。

仿真試驗(yàn)開始后，困難隨之而來，航天器在試驗(yàn)中出現(xiàn)了劇烈抖動(dòng)。“航天器不穩(wěn)會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過排查，我們發(fā)現(xiàn)問題出在氣浮軸承上。”侯瑋杰回憶道，以往進(jìn)行微低重力仿真實(shí)驗(yàn)的航天器只有幾百公斤重，但是嫦娥五號(hào)的航天器足足有3噸重。“這樣的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，讓氣浮軸承‘壓力山大’，載荷難以承受如此之重。”

為了解決這個(gè)難題，侯瑋杰團(tuán)隊(duì)設(shè)想，能否通過加上一個(gè)減震器以解決抖動(dòng)的問題。可是，團(tuán)隊(duì)按此思路做試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加上了減震器的航天器依舊不穩(wěn)定，抖動(dòng)還是時(shí)有發(fā)生。此時(shí)，團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，這種解決辦法治標(biāo)不治本，如果以后再遇到“塊頭”更大的航天器還是會(huì)出現(xiàn)該問題。

于是，侯瑋杰和團(tuán)隊(duì)成員下定決心要制作出性能更加優(yōu)良、載荷更大的重載氣浮軸承。

“航天領(lǐng)域的研究之所以艱難，是因?yàn)樾枰獜臉I(yè)者不停地創(chuàng)新，而且很多創(chuàng)新都是從0到1的原始創(chuàng)新，沒有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。”侯瑋杰感慨道，氣浮軸承距地距離只有0.015毫米，還不到一根頭發(fā)絲的粗細(xì)。在如此細(xì)微方寸之間做文章，困難可想而知，而且之前團(tuán)隊(duì)使用的氣浮軸承技術(shù)基本都是來自國(guó)外。

“看似簡(jiǎn)單的氣浮軸承，涉及流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多學(xué)科的復(fù)雜理論知識(shí)。此外，如果要搞創(chuàng)新，就要從基礎(chǔ)理論開始把這套體系弄明白，把基礎(chǔ)打牢。”侯瑋杰回憶道，當(dāng)時(shí)很多老科研人員都對(duì)此不理解，覺得他們不可能重新研究出一套新的理論體系。不過，好在單位領(lǐng)導(dǎo)給予支持，新氣浮軸承的研發(fā)與試驗(yàn)同步展開了。

通過與湖南大學(xué)、天津大學(xué)等高校合作，經(jīng)過十幾個(gè)月的晝夜奮戰(zhàn)，新的氣浮軸承終于從理論變成實(shí)物，最終成功實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用。

侯瑋杰讓記者把手放在新舊兩個(gè)氣浮軸承表面，感受氣流的變化，很明顯新一代的氣浮軸承氣流更有力。“你如果仔細(xì)看，就可以看到它表面上細(xì)小的孔，這對(duì)制作工藝要求極高。”他說。

成品做出來只是第一步，用新軸承進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，侯瑋杰又發(fā)現(xiàn)了新問題：航天器時(shí)抖時(shí)不抖。“當(dāng)時(shí)，我最擔(dān)心的就是前期基礎(chǔ)理論出錯(cuò)，因?yàn)檫@將是對(duì)我們研究的全盤否定。不過，后期通過各種驗(yàn)證，我們堅(jiān)信理論沒有問題。”他說。

最終通過一項(xiàng)項(xiàng)的排查，原來是制作工藝出了問題。通過改進(jìn)工藝，新的重載氣浮軸承終于通過了考驗(yàn)。

邊做實(shí)驗(yàn)邊“擼”上百次“鐵”

最近，侯瑋杰正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員完成包括天和核心艙在內(nèi)的空間站項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。

“我們承擔(dān)了空間站角動(dòng)量管理氣浮式全物理仿真試驗(yàn)系統(tǒng)、空間站光學(xué)艙超大型單軸氣浮試驗(yàn)系統(tǒng)、空間機(jī)械臂零重力模擬試驗(yàn)系統(tǒng)等多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。”侯瑋杰介紹，這3個(gè)實(shí)驗(yàn)各有各的難度。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)針對(duì)天和核心艙，這也是空間站最重要的組成部分。在微低重力的環(huán)境下，新的重載氣浮軸承發(fā)揮了重要作用，讓這個(gè)重量相當(dāng)于20多噸重型卡車的航天器能很好地控制自己的姿態(tài)，而且沒有產(chǎn)生任何抖動(dòng)。

在太空中，光學(xué)艙需要保持超高的姿態(tài)穩(wěn)定和控制精度。“光學(xué)艙在太空中偏離極小的角度，就可能是謬以千里了。只有保持絕對(duì)的平穩(wěn)，才能保證拍攝到清晰的畫面。”侯瑋杰說。

為了保證按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，侯瑋杰和團(tuán)隊(duì)成員每天大部分時(shí)間都“泡”在實(shí)驗(yàn)室，他笑稱，來我們實(shí)驗(yàn)室工作可以省去健身的時(shí)間。“我們的實(shí)驗(yàn)室有1200平方米，每天做試驗(yàn)來回走幾趟，輕輕松松步數(shù)過3萬。此外，我們每天的工作和‘擼鐵’沒有兩樣。”侯瑋杰指著實(shí)驗(yàn)室邊上放著的各種大鐵塊說，這些是實(shí)驗(yàn)用天平的砝碼，團(tuán)隊(duì)成員每天要搬幾十次、甚至上百次，因此大家從來沒有發(fā)胖的煩惱。

下半年，侯瑋杰和團(tuán)隊(duì)將投入到嫦娥七號(hào)的項(xiàng)目中。

“這次任務(wù)是開展月球極區(qū)環(huán)境與資源勘查。”侯瑋杰說，“雖然這又是一條無人走過的路，但我們會(huì)勇往直前、永不停歇。”

關(guān)鍵詞： 空間站 微低重力 模擬考 運(yùn)動(dòng)