嫦娥五號(hào)總設(shè)計(jì)師楊孟飛，向月高飛

文/正裕

2021年2月22日上午，習(xí)近平總書記在人民大會(huì)堂會(huì)見探月工程“嫦娥五號(hào)”任務(wù)參研參試人員代表并參觀月球樣品和探月工程成果展覽，充分肯定其取得的成就。作為“嫦娥五號(hào)”系統(tǒng)的總指揮、總設(shè)計(jì)師，中科院院士楊孟飛激動(dòng)萬分，深受鼓舞……

結(jié)緣計(jì)算科學(xué)

1962年，楊孟飛出生于湖南湘陰。父親是村里的會(huì)計(jì)，常年撥拉算盤珠，噼里啪啦的聲響將楊孟飛也熏陶成了打算盤的高手。從此，楊孟飛和“計(jì)算”結(jié)下了不解之緣。

恢復(fù)高考后，楊孟飛順利考上了西北電訊工程學(xué)院（今西安電子科技大學(xué)）。出于對(duì)數(shù)字計(jì)算的濃厚興趣，他選擇了鐘愛的計(jì)算機(jī)專業(yè)。那時(shí)候，計(jì)算機(jī)科學(xué)剛剛被引進(jìn)至國內(nèi)，許多人還很陌生。對(duì)于楊孟飛來說，有機(jī)會(huì)去研究這樣先進(jìn)的技術(shù)是一種莫大的幸福。自從他開始廣泛涉獵計(jì)算機(jī)書籍，美國計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的重要人物高德納（Donald E.Knuth）就成了他崇拜的偶像。計(jì)算機(jī)讓楊孟飛著迷，大學(xué)畢業(yè)后，他決定繼續(xù)深造，考取了中國空間技術(shù)研究院（航天五院）計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的碩士研究生。

癡迷加勤奮，從本科到碩士的七年，楊孟飛打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。憑借在專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域深厚的功底，他在衛(wèi)星姿態(tài)和軌道控制計(jì)算機(jī)研制方面的出色才能很快顯現(xiàn)出來。工作僅七年就破格晉升為“小高工”的楊孟飛第一次來到衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)。他在我國新一代返回式衛(wèi)星控制系統(tǒng)上設(shè)計(jì)的“三機(jī)冗余TMR/S可變結(jié)構(gòu)高可靠控制計(jì)算機(jī)容錯(cuò)方案”將要在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)。這個(gè)方案已經(jīng)進(jìn)行過大量分析、計(jì)算，又通過了原理樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)。作為一名衛(wèi)星研制領(lǐng)域的“新兵”，他對(duì)自己的方案信心十足。

1992年8月9日，“長(zhǎng)征二號(hào)丁”火箭首次發(fā)射，成功將我國第13顆返回式遙感衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道。這也證實(shí)了楊孟飛的“采用軟硬件結(jié)合手段實(shí)現(xiàn)的三機(jī)可變結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)系統(tǒng)”，具有瞬時(shí)故障處理和恢復(fù)能力，以及方案先進(jìn)、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。簡(jiǎn)單來說，三機(jī)容錯(cuò)技術(shù)就是三臺(tái)機(jī)器共同工作，互為備份，又具有自檢功能。成功發(fā)射并返回后，楊孟飛興奮異常。他的付出，為中國航天事業(yè)解決了又一難題，令現(xiàn)場(chǎng)專家刮目相看。因此，楊孟飛獲得了部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

楊孟飛

引科技界矚目

太空探索是國際科技尖端領(lǐng)域，國際上對(duì)我國的技術(shù)封鎖可謂滴水不漏。1999年7月“神舟一號(hào)”飛船發(fā)射前的準(zhǔn)備工作，使楊孟飛真正體會(huì)到了航天科研工作者的緊張與焦灼。飛船研制八大分系統(tǒng)中，制導(dǎo)導(dǎo)航與控制是技術(shù)難度最高、最關(guān)鍵的分系統(tǒng)之一，直接決定著飛船試驗(yàn)任務(wù)的成敗。楊孟飛的任務(wù)正是要確保神舟號(hào)試驗(yàn)飛船制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使飛船按指令在太空飛行并按要求返回地面。

如何確保飛船在空間輻照、溫度、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中且不可維修的情況下可靠穩(wěn)定地運(yùn)行，一直是國際航天界的難題。楊孟飛將前期研制的“三機(jī)容錯(cuò)技術(shù)”用于神舟一號(hào)飛船。他提出方法實(shí)現(xiàn)了我國空間首臺(tái)強(qiáng)實(shí)時(shí)高可靠三模冗余/單模變結(jié)構(gòu)控制計(jì)算機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，楊孟飛的“三機(jī)熱備份加一機(jī)冷備份的混成容錯(cuò)”方法，也滿足了我國神舟飛船雙故障情況下可靠安全運(yùn)行的需求。

在執(zhí)行任務(wù)的4個(gè)月里，楊孟飛白天和專家們一起分析故障原因，晚上伏在計(jì)算機(jī)前排除故障。他的雙手總是不停地在鍵盤上敲擊、修改、計(jì)算……一遍又一遍，直到出現(xiàn)滿意的結(jié)果，休息成了一件奢侈的事。1999年11月20日，神舟一號(hào)飛船實(shí)現(xiàn)了成功發(fā)射，舉國上下無不振奮，21個(gè)小時(shí)后返回艙安全返回地面，楊孟飛高度緊張的神經(jīng)終于松弛了下來。

神舟一號(hào)發(fā)射成功，引發(fā)全球關(guān)注，楊孟飛成為科技界矚目的人物。此后，他在神舟三號(hào)制導(dǎo)導(dǎo)航控制系統(tǒng)的研制過程中，為解決實(shí)時(shí)性以及計(jì)算量大的問題，又一次發(fā)揮了他卓越的才智。他進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的安全性與可靠性，使系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過了國外同類產(chǎn)品水平，為神舟三號(hào)乃至神舟五號(hào)的發(fā)射成功又立新功……

十年鑄器

為在探月工程中實(shí)現(xiàn)新的突破，2011年，國家對(duì)“嫦娥五號(hào)”正式立項(xiàng)，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)無人采樣返回。很快，航天五院副院長(zhǎng)楊孟飛接到命令，由他出任嫦娥五號(hào)探測(cè)器的總指揮、總設(shè)計(jì)師，一大批懷揣夢(mèng)想的青年才俊加入這支探月先鋒隊(duì)，開始了長(zhǎng)達(dá)十年的奔跑。

嫦娥五號(hào)是我國迄今為止系統(tǒng)最復(fù)雜、技術(shù)難度最大的航天工程，其任務(wù)將突破月面自動(dòng)采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移、地球大氣高速再入等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)探月工程“繞、落、回”三步走任務(wù)目標(biāo)，意義重大。楊孟飛深感壓力。

嫦娥五號(hào)由軌道器、返回器、著陸器和上升器組成，分為15個(gè)分系統(tǒng)，楊孟飛認(rèn)為，方案階段一定要先做系統(tǒng)設(shè)計(jì)。讓探測(cè)器系統(tǒng)副總指揮張高印象深刻的是，楊孟飛經(jīng)常會(huì)提到“三個(gè)見底”，即方案階段，技術(shù)要見底；初樣階段，產(chǎn)品要見底；正樣階段，過程要見底。簡(jiǎn)言之，所有的研制過程是要基于前期的方案、產(chǎn)品，一定要實(shí)現(xiàn)過程受控。

為確保嫦娥五號(hào)探測(cè)器順利返回，楊孟飛絞盡腦汁，提出了空間飛行器月地高速再入返回系統(tǒng)的方法。通過這種方式，探測(cè)器突破了月地高速半彈道跳躍式再入返回的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國首次再入速度達(dá)每秒11千米的月地安全準(zhǔn)確返回，為嫦娥五號(hào)采集月壤返回提供了理論和技術(shù)支撐，后被評(píng)為我國十大科技進(jìn)展之首。2014年11月1日，再入返回飛行試驗(yàn)器在內(nèi)蒙古預(yù)定區(qū)域順利著陸，試驗(yàn)獲得圓滿成功。科研人員獲得了高速再入返回地球的相關(guān)軌道設(shè)計(jì)、氣動(dòng)、熱防護(hù)、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制等關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)。中國成為繼蘇聯(lián)和美國之后，第三個(gè)成功實(shí)施航天器從月球軌道重返地面的國家。眾人擁著楊孟飛歡呼雀躍。歷經(jīng)了各種大考，2017年1月，嫦娥五號(hào)具備了出廠條件。

然而，天有不測(cè)風(fēng)云。長(zhǎng)五遙二火箭發(fā)射失利后進(jìn)入了漫長(zhǎng)的歸零期。嫦娥五號(hào)預(yù)定發(fā)射日期一變?cè)僮儯瑥淖钤缬?jì)劃的2017年年底到2019年，直至2020年。在漫長(zhǎng)的等待中，嫦娥五號(hào)何去何從？一時(shí)間，隊(duì)伍里有人顯得迷茫。探測(cè)器大概已經(jīng)加電測(cè)了兩千多個(gè)小時(shí)了。綜合考慮后，楊孟飛率團(tuán)隊(duì)決定采取充入氮?dú)庹w貯存的方案。這種做法在先前的航天器中也有應(yīng)用，但是像這樣規(guī)模的整器貯存還是第一次。產(chǎn)品貯存之后，作為嫦娥五號(hào)的當(dāng)家人，楊孟飛要求團(tuán)隊(duì)成員堅(jiān)定信念，耐心等待，“嫦娥五號(hào)總有發(fā)射的一天！”2020年11月24日，嫦娥五號(hào)帶著使命奔向月球，舉國歡騰，對(duì)于楊孟飛和參研人員來說，懸在心頭的石頭終于落地。

楊孟飛于2015年7月當(dāng)選國際宇航科學(xué)院終身院士，2017年11月當(dāng)選中國科學(xué)院院士。他攻克航天領(lǐng)域多項(xiàng)尖端技術(shù)，創(chuàng)造國內(nèi)多個(gè)第一并獲獎(jiǎng)無數(shù)，引領(lǐng)中國航天崛起。嫦娥五號(hào)圓滿收官，對(duì)楊孟飛來說只是完成了一項(xiàng)任務(wù)，他將繼續(xù)為中國的航天事業(yè)貢獻(xiàn)力量。