一項航天任務(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)：以最直觀的方式實測在太空微低重力環(huán)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”。

侯瑋杰 中國航天科技集團公司五院518所試驗與測試技術(shù)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。

對于未來空間站的表現(xiàn)，中國航天科技集團公司五院518所試驗與測試技術(shù)研究室副主任侯瑋杰信心滿滿。因為在進入太空前，這些航天器早已在實驗室里進行了上百次的實物仿真實驗。

除了該項目，從業(yè)6年來，32歲的侯瑋杰還組織實施了多個型號航天器任務(wù)仿真試驗系統(tǒng)的研發(fā)工作，先后圓滿完成了嫦娥五號環(huán)月軌道交會對接、空間站、巡天光學(xué)艙等多個型號任務(wù)的地面全物理仿真試驗。

“一項航天任務(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)：以最直觀的方式實測在太空微低重力環(huán)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’。”侯瑋杰感慨道，中國航天事業(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。

祖國的需要就是我的專業(yè)

侯瑋杰的太空夢始于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。”侯瑋杰回憶道，從那時起，探索宇宙的奧秘成了他最大的業(yè)余愛好。

侯瑋杰在實現(xiàn)夢想的道路上一步一個腳印，走得十分扎實。他本科學(xué)的是機械工程、研究生階段選擇了北京理工大學(xué)固體火箭發(fā)動機專業(yè)，在校期間他就參與了多個型號任務(wù)的研究工作，還光榮地加入了中國共產(chǎn)黨。

2015年，侯瑋杰終于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(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)等多個專業(yè)，與侯瑋杰所學(xué)的火箭發(fā)動機專業(yè)截然不同。補齊專業(yè)短板，成為入職初期侯瑋杰的主要任務(wù)。

對于沒能從事與自己專業(yè)對口的工作，侯瑋杰也從沒感到遺憾。“我很喜歡物理學(xué)家錢偉長說的一句話：‘我沒有專業(yè)，祖國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，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。“大概有2000多個文件，加起來有十幾個G。”侯瑋杰回憶道，那時候白天進行試驗，只能利用晚上的下班時間進行學(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，因為文獻中埋了不少“雷”。“讀文獻時，我發(fā)現(xiàn)其中很多數(shù)據(jù)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，侯瑋杰系統(tǒng)掌握了這一研究領(lǐng)域的理論知識。

從0到1打造新理論體系

2018年，侯瑋杰接到了為嫦娥五號進行微低重力仿真試驗的任務(wù)。

“航天器在被送入太空前，都要進行仿真試驗。通常要先經(jīng)過建模，在電腦上進行‘數(shù)字模擬’。‘數(shù)字模擬’無誤后，我們再制作出與航天器1：1比例的實物模型，將其置于模擬太空的微低重力環(huán)境中，進行實物仿真試驗。”侯瑋杰介紹，該仿真試驗非常重要，因為太空情況非常復(fù)雜，僅依靠“數(shù)字模擬”是不夠的，仍可能會出現(xiàn)意想不到的狀況?？梢哉f，實物仿真實驗是航天器進入太空前要通過的最后一道關(guān)口。

侯瑋杰指著試驗平臺上的一個龐然大物說，這個“大家伙”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(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個直徑約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。

仿真試驗開始后，困難隨之而來，航天器在試驗中出現(xiàn)了劇烈抖動。“航天器不穩(wěn)會嚴(yán)重影響試驗數(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(fù)荷運轉(zhuǎn)，讓氣浮軸承‘壓力山大’，載荷難以承受如此之重。”

為了解決這個難題，侯瑋杰團隊設(shè)想，能否通過加上一個減震器以解決抖動的問題?？墒?，團隊按此思路做試驗發(fā)現(xiàn)，加上了減震器的航天器依舊不穩(wěn)定，抖動還是時有發(fā)生。此時，團隊意識到，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出現(xiàn)該問題。

于是，侯瑋杰和團隊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，是因為需要從業(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，而且之前團隊使用的氣浮軸承技術(shù)基本都是來自國外。

“看似簡單的氣浮軸承，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。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(lǐng)導(dǎo)給予支持，新氣浮軸承的研發(fā)與試驗同步展開了。

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

侯瑋杰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(xì)看，就可以看到它表面上細(xì)小的孔，這對制作工藝要求極高。”他說。

成品做出來只是第一步，用新軸承進行試驗時，侯瑋杰又發(fā)現(xiàn)了新問題：航天器時抖時不抖。“當(dāng)時，我最擔(dān)心的就是前期基礎(chǔ)理論出錯，因為這將是對我們研究的全盤否定。不過，后期通過各種驗證，我們堅信理論沒有問題。”他說。

最終通過一項項的排查，原來是制作工藝出了問題。通過改進工藝，新的重載氣浮軸承終于通過了考驗。

邊做實驗邊“擼”上百次“鐵”

最近，侯瑋杰正帶領(lǐng)團隊成員完成包括天和核心艙在內(nèi)的空間站項目實驗。

“我們承擔(dān)了空間站角動量管理氣浮式全物理仿真試驗系統(tǒng)、空間站光學(xué)艙超大型單軸氣浮試驗系統(tǒng)、空間機械臂零重力模擬試驗系統(tǒng)等多個試驗項目。”侯瑋杰介紹，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(huán)境下，新的重載氣浮軸承發(fā)揮了重要作用，讓這個重量相當(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。

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。

為了保證按時完成實驗任務(wù)，侯瑋杰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。”侯瑋杰指著實驗室邊上放著的各種大鐵塊說，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(fā)胖的煩惱。

下半年，侯瑋杰和團隊將投入到嫦娥七號的項目中。

“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，但我們會勇往直前、永不停歇。”

關(guān)鍵詞： 空間站 微低重力 模擬考 運動