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邵兴国--嫦娥一号卫星热控主任设计师

晨怡热管 2008-3-25 9:15:06
中科院院士、绕月探测工程总设计师兼总指挥叶培建将热控技术与轨道设计、测控和数据传输以及制导、导航与控制并列为绕月探测卫星的四大技术难点。而邵兴国正是带领大家突破嫦娥一号卫星热控技术难点的人。

  临危受命担大任

  时间回到2003年9月,那时嫦娥一号卫星刚刚转入初样阶段,就像一株刚刚发芽的幼苗,正需要百般呵护,可作为嫦娥一号卫星最重要的分系统之一——热控系统的主任设计师和副主任设计师却在此时相继调离。当时的情况是嫦娥一号卫星热控技术状态还有很多不确定的地方,设计方案有待于进一步细化,更重要的是那时对于月球的热环境知之甚少。热控分系统关系重大,一旦热控停下来,整个卫星就得停下来。由于没有现成的经验数据,进度要求又十分严格,技术难度极大,接手卫星的热控工作无论对谁而言都是一个巨大的考验。

  谁能担此重任?总体部热控工程技术研究室的领导和专家们经过慎重的考虑和研究,决定由邵兴国出任嫦娥一号卫星热控分系统主任设计师。

  凭着多年从事热控产品研制积累的丰富的工作经验和长期刻苦钻研打下的扎实基础,加上强烈的责任感和使命感,思路开阔、思维敏捷的邵兴国在短短一个月里就熟悉了卫星热控分系统及卫星总体的设计,迅速进入状态,开始了嫦娥一号卫星史无前例、处处充满着探索和挑战的热控研制。

嫦娥一号卫星热控主任设计师邵兴国

 

嫦娥一号卫星热控主任设计师邵兴国

  发现月食除隐患

  嫦娥一号卫星是探月卫星,面对月球的复杂环境,摆在邵兴国和他的团队面前的困难也是一个接一个。说起技术难题,桩桩件件都历历在目,而最让邵兴国他们难忘的还是月食问题。

  月食是一种自然天象,月球围绕地球飞行过程中会在某个时刻进入地球的阴影,地球人肉眼可以观察到的就是月球逐渐变暗,经过一段时间后又恢复原状。月食所经过的时间就是天文爱好者常说的月亮从初亏到复圆经过的时间。

  月食对卫星有什么影响?卫星的设计状态能否顺利通过月食?星上设备能否承受月食的低温环境?这些问题还不是初期的卫星热控能完全回答和解决得了的。

  邵兴国接手嫦娥一号卫星热控分系统研制后,很快就敏锐地觉察到月食不仅对卫星有影响,而且这个影响还相当巨大,对卫星的热控设计提出了新的挑战,因为当卫星在环月过程中随月球进入地影时,太阳无法照到卫星上,其影响首先是没有了太阳能源,能源系统不能满足正常的卫星能源需求,进而是没有了太阳外热流,卫星的温度会急剧下降,更可怕的是卫星处于阴影区的时间将可能长达5个多小时,这是一般卫星所度过的72分钟阴影区时间的数倍,如果这个问题不能得到有效解决,一旦卫星遭遇月食被“冻僵”了,后果将不堪设想。

  发现月食问题后,邵兴国又马不停蹄地寻找解决问题的办法,他一方面组织卫星的热控人员广泛收集国内外有关月食期间月球热环境的资料,和大家一起讨论研究月食期间月球环境变化对卫星外热流的影响,为下一步卫星热控系统的改进和完善提供理论依据;另一方面积极向卫星总体设计汇报,详细论证说明了月食问题的严重性,以期得到卫星总体设计的支持,共同寻求对策。

  他的执著努力没有白费,卫星总体设计充分理解了月食对卫星的影响,经过多方面的协调和讨论,卫星的研制人员都认识到了问题的严重性并开始着手寻求解决之道,为嫦娥一号卫星奔月消除隐患。也正是邵兴国的这一发现使卫星在初样阶段就能够针对月食问题及时采取措施,修改对设备的环境试验要求,完善热控设计,从而保障了卫星在月食期间安全平稳地运行。

  热管专家巧创新

  说邵兴国是个热管专家,一点也不为过。从1983年考上五院研究生,师从闵桂荣院士进行热控研究开始,到1986年走上工作岗位独立从事热管研究,直至2001年参与型号设计,在将近二十年的时间里,邵兴国一直从事热管方面研究。热管是热控分系统的重要产品,是进行热传递和实现等温化设计的重要手段。多年的勤奋钻研和扎实积累,使邵兴国对热管的性能和品质具有十分广泛深入的了解,这也为他在嫦娥一号卫星的热控设计中对热管的出色应用提供了宝贵的经验和理论支持。

  当时面对月食和月球红外的双重影响,卫星的热控系统亟待改进,一方面要防止卫星在月食期间由于温度骤降而被冻伤,另一方面还要防止卫星受到月球红外的影响温度急升而被烧伤。由于月球表面温度存在巨大的起伏,造成环月飞行过程月球红外背景热流与地球相比有很大差异,地球的背景红外热流为恒定值,约为240W/m2;月球红外热流是从0~1460 W/m2变化,卫星对月面球的到达热流峰值比地球环境高六倍多。时间紧,任务重,只能选择比较成熟可靠的技术,邵兴国首先想到了热管。

  经过缜密的计算和分析,邵兴国决定使用三只舱外安装的U热管,对卫星上安装两蓄电池组舱板进行热耦合设计,同两舱预埋的热管形成耦合热管网络系统。这是首次在卫星热控设计中采用的技术方案,是新颖和大胆的尝试,需要经过充分的地面试验验证。但此时这个技术方案已经来不及在初样热平衡试验中进行验证了。对此,以邵兴国为首的热控设计人员面临很大压力,也充满了很多期待。为了验证这个设想,他多次深入热管生产车间和热管装配车间,与热管生产人员进行充分交流,让热管设计人员和生产人员充分了解设计意图,和他们一起解决生产和装配过程中的工艺问题。工夫不负有心人,在邵兴国和全体热控研制人员的共同努力下,设计方案在正样热平衡试验中其功能经过了充分验证,嫦娥一号卫星的热控最终实现了在国内首次采用常规槽道热管对星上相对两舱板进行热耦合的设计方案,配合总体圆满完成了卫星设计方案。

  其实嫦娥一号卫星使用热管的创新之处还有不少。干涉成像光谱仪与CCD相机是嫦娥卫星的重要有效载荷,其焦面探测器(即CCD器件)的温度水平对相机的成像质量有很重要的影响。CCD的温度相对于其它仪器设备允许的温度范围较窄,需要单独设计控温措施,但是由于月球红外的影响,对月面不能布置散热面,月球热环境的复杂和恶劣,导致CCD相机的温度波动剧烈。为了平抑CCD相机的温度波动,邵兴国创造性利用成熟的槽道热管生产工艺和充装技术,把相变材料当作工质充装到热管的部分槽道中,让它与槽道热管组成相变材料复合热管。利用相变材料的蓄热特性,成功解决了CCD相机温度波动的难题,同时也开创一种槽道热管应用的新方法。

  嫦娥一号卫星的热控一共使用了32根热管,你可别小看了这32根热管,它们的数量和安放位置都是经过严格论证和实验检验的,每一根热管的使用都凝结着邵兴国智慧和心血。大家说:“在嫦娥一号卫星热控分系统的研制中,邵兴国把热管用出了特色,用出了水平,用得非常成功!”

  满怀自信建功业

  嫦娥一号卫星的热设计早期采用环路热管,后来由于月食问题越来越突出,必须对原有设计进行改进,邵兴国创造性地提出了“两舱热管热耦合技术”。当时,在没经过预演和地面验证的情况下,把这种技术使用在即将发射的卫星上,跨度非常大。决定采用这个技术,邵兴国承担的风险可想而知,一旦尝试失败,作为热控主任设计师,不但他本人要负重大责任,更严重的是整个卫星的研制进程都有可能因此被耽搁下来。但是出于对热管技术的熟悉和深刻理解,邵兴国顶住压力,始终充满自信,他和员工们针对新技术做了五次内容各不相同的分析,光是分析报告就写了好几大本。终于,在大量详尽的阶段分析报告的基础上,新技术被采用了,而且事实证明邵兴国的自信和坚持取得了巨大的成功,目前整星的测试结果比邵兴国他们当初的分析数据还要好。

  作为热控主任设计师,邵兴国的工作用他自己的话说就是“在两头起作用”。由于嫦娥一号卫星热设计队伍的人员构成相对年轻,其中有工程经验的人较少,于是邵兴国必须在思想方案的提出和任务技术的把关上多做工作,对年轻人给予指导。当设计中出现问题时,他还要根据自己的经验和积累提出解决方案,为整个研究过程把握方向。从嫦娥一号卫星热控的初期规划到提出设计方案再到最终实现设想,由于对整个过程和结果有比较强的预计,热控设计几乎没走什么弯路,这让邵兴国感到十分自豪,他说:“整个方案下来大家对热控系统都比较满意,从目前对于月球的理解而言,我们对所掌握的,所考虑到的问题都有所回答,都有所设计、都有所验证,下一步就要看卫星在天上的表现了。”

  脚踏实地做实事

  如果说敏锐的发现力、蓬勃的创造力,是天赋,是灵感,那么将构想变为现实,则更需要脚踏实地,特别是对于卫星研制来说,不厌其烦的反复验证,一次次对原有方案进行修改,才是成功的关键。

  在两份长长的表中人们可以看到以下的记录:一份记录的是从绕月探测工程开始立项到2006年12月热控分系统完成总体部、五院出厂评审,长达两年多的时间中,邵兴国和他的同事们所完成的大大小小几十个设计任务。另一份是热控系统设计过程中八十多个主要技术文件的清单,每一个技术文件都是一段艰辛历程的记载。两份清单共同见证了嫦娥一号卫星热控研制人员将近1000个日日夜夜的辛勤工作和他们洒下的滴滴汗水。

  让嫦娥一号卫星热控研制人员至今难忘的是2006年11月嫦娥卫星进入正样整星热平衡试验阶段的日子。正样整星热平衡试验是卫星研制过程中一项重要的大型试验,它将考验卫星热控系统设计的正确性和有效性。由于嫦娥卫星热控设计比以往卫星更为复杂,其热试验方法也与近地轨道卫星有较大差别。为了能够按时完成这次试验,邵兴国带领热控研制人员进行了大量细致认真的准备工作,他亲自深入第一线,每天奔波于各个试验准备现场,和技术人员们一起检查每一个细节,解决每一个或大或小的突发问题。从试验电缆的导通检查到星上设备的状态确认,邵兴国始终身先士卒,确保出现任何问题时都能在第一时间赶到现场。

  在邵兴国和他的同事们的努力下,试验终于按预定计划如期举行,大家都以为邵主任这下总该歇歇了吧,可是他又开始忙着收集试验数据,分析数据,一刻不闲。在嫦娥一号卫星进行热试验的半个多月里,邵兴国每天都在试验现场,遇到有重要动作,他都要亲自指挥操作,每一个关键时刻他都和同志们站在一起。有时忙得连饭都顾不上吃,他就抽空泡包方便面,边吃边琢磨试验难题;觉顾不上睡,他就在椅子上靠一靠,实在坚持不住才睡一会儿。整个试验下来,邵兴国眼睛熬得通红不说,人也憔悴了不少,大家都说:“这段时间邵主任累得瘦了一圈”。

  辛勤的耕耘换回了嫦娥一号卫星热试验的圆满成功,各项工况测试数据正常,热控分系统的功能和性能均满足要求。看着预期的试验结果,邵兴国的脸上终于露出了久违的笑容,是呀,两年多的努力终于有了阶段性收获,这是满足的笑,是欣慰的笑,更是幸福的笑!

  直面困难练精兵

  嫦娥一号卫星的热控研制过程中,不断出现各种各样的新难题,但工作仍然要严格按照预定进度推进。这样一来,随着工作不断破冰前进,工作量也比预期的大了许多。当时,随着热控对于月球理解不断深入,对原有问题的看法以及对衍生问题的认识也逐渐加深,初样阶段中,设计人员发现早期论证和设计结果存在较大差异,对一些曾经有所认识但认识并不深入的问题,初样阶段需要把模糊和不深刻的理解详细化、深入化。其中每一次变更和每一次对模型的修改,全部的数据都要体现在整星各个设备的温度指标上,如此一来就需要做大量的实验来验证。在初样阶段,热控方面光是大型实验就做了五次,其中包括两次定向天线类试验,一次载荷舱实验、一次电池舱试验、初样的整星热平衡实验,而这些又都集中在很短的时间内。

  嫦娥一号卫星的热控设计队伍中年轻人占多数,其中有工程经验的人比较少。当时由于其他工作的需要也不可能安排很多有工程经验的人到“嫦娥”这边来工作,而现有成员也都还肩负着其他工作,时间安排上比较紧张,这对“嫦娥”热控人员来说是极大的考验。

  在嫦娥一号卫星的研制队伍中,没有加不加班一说,只有工作做没做完的区别,一项工作结束才转入另一项工作,在下一个进度开始前必须把眼前这件事做完,这种严格的进度控制就是“嫦娥”热控能在困难重重的情况下,始终保证工程进度的秘诀。

  可以说,初样阶段是研制最为艰苦的时期,人员少,实验多,每个实验都不是简单的重复,而是具有开创性的工作。工作量大,难度大,对于每一个人的智力和体力都是严峻的挑战。邵兴国说:“每个人从这个阶段过来都很疲惫,但是也很欣慰,我们把所有想象到的问题都在这个阶段基本上解决了。”

  向艳超和谭沧海是这个团队中比较年轻的,虽然参加工作时间不长,可他们从来不甘落后,带着一股子钻劲儿和拼劲儿,工作起来特别努力,从来没因为任务难度大,细节繁琐而打退堂鼓、发牢骚,刘自军同志是嫦娥卫星热控分系统的副主任设计师,同时他还担当其他重要型号中关键大部件热控设计工作,在整个研制过程中也是投入了很大的精力和心血。在全体队伍的共同努力下,热控设计不仅工作质量也是一流的,而且各方面还在不断提高。

  在工作中锻炼自己的能力,在困难中磨练自己的意志品质,这是嫦娥一号卫星热控研制人员们共同的心声。两年多来,卫星热控的工作量很大,任务艰巨,但正是这种充满压力的环境培养出一批业务尖子,经过这段时间的锻炼,许多人成为了室里的骨干和同年龄段设计人员中的业务佼佼者。

  如果说,在嫦娥一号卫星研制初期,由于诸多已有的和不断出现的难题,使热控分系统的研制更多地给人以模糊和不确定的感觉,那么通过邵兴国和大家的不断努力,热控已经成为一个让总指挥叶培建院士比较放心的分系统了。不仅如此,在整个研制过程中,热控在出色地完成自身工作的同时,还为整体和其他分系统的工作提供了许多宝贵的经验和数据支持。同时,由于热控制负责的是整个卫星的温度控制,他们还为卫星各个研制部门的协调做了大量工作。

  期待“嫦娥”美梦圆

  现在,嫦娥一号卫星热控分系统的研制已基本结束,并且顺利通过了前期测试。试验结果表明热控分系统的性能和功能完全满足设计要求。邵兴国和大家通过两年多辛勤的和创造性的工作,圆满完成了嫦娥一号卫星热控分系统的研制工作,他们取得的成绩得到了大家的公认。

  在嫦娥一号卫星热控分系统出厂院级评审会上,嫦娥一号卫星总设计师叶培建院士这样评价邵兴国的工作:“在方案及初样阶段,我对热控分系统很担心,通过邵兴国大量细致的工作,我现在对热控分系统比较放心”。

责任编辑: banye 参与评论
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