空間站上天前 經歷了他的微低重力“模擬考”
編者按 有這麼一羣科研人員，他們年齡不大，卻已身經百戰、挑起大梁，在神舟五號、北斗導航等國家重大科技項目中貢獻着自己的智慧與汗水。在一次次艱難險重面前，胸佩黨徽的他們，發揚紅色傳統，衝鋒在前、勇擔重任，以實際行動彰顯了青年一代黨員的本色。從今日起，本報推出“紅色力量”專欄，講述這些青年科技工作者的奮鬥故事與光輝事蹟。
一項航天任務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後一道關：以最直觀的方式實測在太空微低重力環境中航天器的各項性能，在地球上給它進行微低重力“模擬考”。
侯瑋傑 中國航天科技集團公司五院518所試驗與測試技術研究室副主任
6月17日，神舟十二號載人飛船成功把3名航天員送到空間站天和核心艙，未來3個月，空間站將成為他們工作生活的大本營。
對於未來空間站的表現，中國航天科技集團公司五院518所試驗與測試技術研究室副主任侯瑋傑信心滿滿。因為在進入太空前，這些航天器早已在實驗室裏進行了上百次的實物仿真實驗。
除了該項目，從業6年來，32歲的侯瑋傑還組織實施了多個型號航天器任務仿真試驗系統的研發工作，先後圓滿完成了嫦娥五號環月軌道交會對接、空間站、巡天光學艙等多個型號任務的地面全物理仿真試驗。
“一項航天任務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後一道關：以最直觀的方式實測在太空微低重力環境中航天器的各項性能，在地球上給它進行微低重力‘模擬考’。”侯瑋傑感慨道，中國航天事業承載了太多的希望，凝聚了幾代航天人的心血，任何環節都不容閃失。
祖國的需要就是我的專業
侯瑋傑的太空夢始於2003年，那年我國航天員楊利偉乘坐神舟五號飛船進入太空。
“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。”侯瑋傑回憶道，從那時起，探索宇宙的奧秘成了他最大的業餘愛好。
侯瑋傑在實現夢想的道路上一步一個腳印，走得十分紮實。他本科學的是機械工程、研究生階段選擇了北京理工大學固體火箭發動機專業，在校期間他就參與了多個型號任務的研究工作，還光榮地加入了中國共產黨。
2015年，侯瑋傑終於正式成為一名航天人，進入中國航天科技集團公司五院518所工作，開始從事航天器微低重力模擬與仿真技術研究工作。
“航天器微低重力模擬與仿真技術研究”涉及結構力學、流體力學等多個專業，與侯瑋傑所學的火箭發動機專業截然不同。補齊專業短板，成為入職初期侯瑋傑的主要任務。
對於沒能從事與自己專業對口的工作，侯瑋傑也從沒感到遺憾。“我很喜歡物理學家錢偉長説的一句話：‘我沒有專業，祖國的需要就是我的專業。’”他説。
為了能快速掌握崗位所需知識，侯瑋傑查閲了20世紀60年代以來能找到的各類中外文獻。“大概有2000多個文件，加起來有十幾個G。”侯瑋傑回憶道，那時候白天進行試驗，只能利用晚上的下班時間進行學習。
為了能早些適應工作，侯瑋傑必須要加快學習速度，為此他發明了一套關鍵字閲讀法。不過，很快他就發現，不能讀得太快，因為文獻中埋了不少“雷”。“讀文獻時，我發現其中很多數據是錯的，極易把研究引入相反的方向。”他回憶道。
最終，用了一年半的時間，侯瑋傑系統掌握了這一研究領域的理論知識。
從0到1打造新理論體系
2018年，侯瑋傑接到了為嫦娥五號進行微低重力仿真試驗的任務。
“航天器在被送入太空前，都要進行仿真試驗。通常要先經過建模，在電腦上進行‘數字模擬’。‘數字模擬’無誤後，我們再製作出與航天器1：1比例的實物模型，將其置於模擬太空的微低重力環境中，進行實物仿真試驗。”侯瑋傑介紹，該仿真試驗非常重要，因為太空情況非常複雜，僅依靠“數字模擬”是不夠的，仍可能會出現意想不到的狀況。可以説，實物仿真實驗是航天器進入太空前要通過的最後一道關口。
侯瑋傑指着試驗平台上的一個龐然大物説，這個“大傢伙”就是嫦娥五號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，就需要用氣浮軸承把它們托起“懸空”。
侯瑋傑口中的氣浮軸承就是一個個直徑約20釐米的圓形托盤，當給氣浮軸承通上氣，氣浮軸承底面與地面之間就會產生一層具有剛性的氣膜，能將龐大的航天器穩穩托起，而且幾乎沒有摩擦力。
仿真試驗開始後，困難隨之而來，航天器在試驗中出現了劇烈抖動。“航天器不穩會嚴重影響試驗數據。通過排查，我們發現問題出在氣浮軸承上。”侯瑋傑回憶道，以往進行微低重力仿真實驗的航天器只有幾百公斤重，但是嫦娥五號的航天器足足有3噸重。“這樣的超負荷運轉，讓氣浮軸承‘壓力山大’，載荷難以承受如此之重。”
為了解決這個難題，侯瑋傑團隊設想，能否通過加上一個減震器以解決抖動的問題。可是，團隊按此思路做試驗發現，加上了減震器的航天器依舊不穩定，抖動還是時有發生。此時，團隊意識到，這種解決辦法治標不治本，如果以後再遇到“塊頭”更大的航天器還是會出現該問題。
於是，侯瑋傑和團隊成員下定決心要製作出性能更加優良、載荷更大的重載氣浮軸承。
“航天領域的研究之所以艱難，是因為需要從業者不停地創新，而且很多創新都是從0到1的原始創新，沒有任何經驗可以借鑑。”侯瑋傑感慨道，氣浮軸承距地距離只有0.015毫米，還不到一根頭髮絲的粗細。在如此細微方寸之間做文章，困難可想而知，而且之前團隊使用的氣浮軸承技術基本都是來自國外。
“看似簡單的氣浮軸承，涉及流體力學、結構力學等多學科的複雜理論知識。此外，如果要搞創新，就要從基礎理論開始把這套體系弄明白，把基礎打牢。”侯瑋傑回憶道，當時很多老科研人員都對此不理解，覺得他們不可能重新研究出一套新的理論體系。不過，好在單位領導給予支持，新氣浮軸承的研發與試驗同步展開了。
通過與湖南大學、天津大學等高校合作，經過十幾個月的晝夜奮戰，新的氣浮軸承終於從理論變成實物，最終成功實現了工程應用。
侯瑋傑讓記者把手放在新舊兩個氣浮軸承表面，感受氣流的變化，很明顯新一代的氣浮軸承氣流更有力。“你如果仔細看，就可以看到它表面上細小的孔，這對製作工藝要求極高。”他説。
成品做出來只是第一步，用新軸承進行試驗時，侯瑋傑又發現了新問題：航天器時抖時不抖。“當時，我最擔心的就是前期基礎理論出錯，因為這將是對我們研究的全盤否定。不過，後期通過各種驗證，我們堅信理論沒有問題。”他説。
最終通過一項項的排查，原來是製作工藝出了問題。通過改進工藝，新的重載氣浮軸承終於通過了考驗。
邊做實驗邊“擼”上百次“鐵”
最近，侯瑋傑正帶領團隊成員完成包括天和核心艙在內的空間站項目實驗。
“我們承擔了空間站角動量管理氣浮式全物理仿真試驗系統、空間站光學艙超大型單軸氣浮試驗系統、空間機械臂零重力模擬試驗系統等多個試驗項目。”侯瑋傑介紹，這3個實驗各有各的難度。第一個實驗針對天和核心艙，這也是空間站最重要的組成部分。在微低重力的環境下，新的重載氣浮軸承發揮了重要作用，讓這個重量相當於20多噸重型卡車的航天器能很好地控制自己的姿態，而且沒有產生任何抖動。
在太空中，光學艙需要保持超高的姿態穩定和控制精度。“光學艙在太空中偏離極小的角度，就可能是謬以千里了。只有保持絕對的平穩，才能保證拍攝到清晰的畫面。”侯瑋傑説。
為了保證按時完成實驗任務，侯瑋傑和團隊成員每天大部分時間都“泡”在實驗室，他笑稱，來我們實驗室工作可以省去健身的時間。“我們的實驗室有1200平方米，每天做試驗來回走幾趟，輕輕鬆鬆步數過3萬。此外，我們每天的工作和‘擼鐵’沒有兩樣。”侯瑋傑指着實驗室邊上放着的各種大鐵塊説，這些是實驗用天平的砝碼，團隊成員每天要搬幾十次、甚至上百次，因此大家從來沒有發胖的煩惱。
下半年，侯瑋傑和團隊將投入到嫦娥七號的項目中。
“這次任務是開展月球極區環境與資源勘查。”侯瑋傑説，“雖然這又是一條無人走過的路，但我們會勇往直前、永不停歇。”