航天科技:承載新世紀“巡天夢”

2017-10-20 08:13:54 來源: 經濟參考報

    空間交會對接,中國航天順利邁入“空間站時代”。資料圖片

    我國新一代運載火箭長徵七號在海南文昌航天發射場點火升空。資料照片

  2017年4月20日,我國首艘貨運飛船天舟一號發射升空,在完成了一係列任務和相關實驗後,于9月22日受控離軌,進入大氣層燒毀。天舟一號飛行任務圓滿成功意味著中國航天順利邁入“空間站時代”。成功背後,離不開中國航天科技集團公司(以下簡稱“航天科技”)多年來在航天領域堅持創新發展的努力。

  《經濟參考報》記者近期從相關機構獲悉,今年下半年我國還將進行多次航天發射,除了發射我國多個型號、不同類型的衛星和火箭外,還將為斯裏蘭卡、沙特等國家提供商業衛星發射服務。上述發射任務的主要承擔者正是航天科技。從組建至今,航天科技的發展一直受到各界高度關注。四年前的5月4日,習近平同志在中國航天科技集團公司中國空間技術研究院參觀空間技術成就展覽時表示,空間技術領域是高技術集中的領域,空間技術水平是一個國家科技實力的重要標志,也是一個國家經濟實力、綜合國力、國防實力的重要標志。

  18日,中國共産黨第十九次全國代表大會開幕。習近平同志作了題為《決勝全面建成小康社會 奪取新時代中國特色社會主義偉大勝利》的報告。航天科技黨組書記、董事長雷凡培表示,黨的十九大必將掀開建設中國特色社會主義偉大事業的嶄新篇章。在十九大精神的引領下,航天科技的全體共産黨員和幹部職工將以高度的政治責任感和使命感,迎難而上,頑強拼搏,譜寫中國航天事業發展的新篇章,為全面建成小康社會,實現中華民族偉大復興的中國夢作出新的更大的貢獻。

  打造“大國重器”

  作為我國航天領域的龍頭企業,航天科技通過創新發展,不但完成了包括神舟飛船、天宮空間實驗室、北鬥導航在內的多個“航天重器”的研制和發射任務,還帶動産業鏈上下遊不斷做大做強航天産業,支撐起中國人的新世紀航天夢。

  早在2011年,天宮一號目標飛行器發射升空執行任務期間,天宮二號就已經佇立在北京航天城的總裝大廳裏。從2011年裝備出廠到2016年實施發射,時隔5年之久,天宮二號上的零部件能否保證性能穩定、可靠應用成了航天科技面臨的第一個問題。

  “和人有壽命一個道理,機器設備也有壽命。”天宮二號總體主任設計師柏林厚明白,“延長壽命”是天宮二號開始“太空長徵”的第一步。據介紹,天宮二號上有近300臺設備,為了確保這些設備能夠完成各自的太空使命,航天科技的科研人員對它們一一進行“壽命影響因素”分析,分門別類地做試驗、做調研,制定有針對性的延壽方案。

  “整個係統環環相扣,雖然工作量大、耗時長,但多一分付出,天宮二號的可靠性和安全性就多一分保證。”柏林厚説。由于太空真實環境與地面環境差異巨大,天宮二號研制團隊為攻克多項技術,進行了無數次的檢測和試驗。這一係列工作難度大、壓力重,研制團隊耗盡心思、通宵達旦,不放過任何一個小細節。

  和天宮一號執行的任務有所不同。在空間實驗室任務中,航天員要在天宮二號中完成30天的中期駐留。為此,當三年前神舟十號飛船載著航天員平安返回後,天宮二號研制團隊就立即聽取了他們的反饋意見,根據他們的實際體驗著手“裝修”天宮二號——讓墻體顏色由容易引發視覺疲勞的軍綠色變為常用的白色;將簡單的硬板升級為集吃飯、閱讀、娛樂于一體的多功能桌子;設計較小的廢棄物貯存區,不佔用航天員生活空間;甚至連安裝在內壁上的把手也由軟布變為硬質塑料,方便航天員控制失重漂浮……

  “提高生活質量,降低工作負荷,改善睡眠環境,豐富娛樂生活。”天宮二號總設計師朱樅鵬概括了構建天宮二號宜居環境的目標。朱樅鵬介紹,在22立方米的組合體自由空間裏,需要集成內部裝飾、艙內活動空間規劃、視覺環境與照明、廢棄物處理、物品管理、無線通話等多個宜居技術,為此航天科技的科研團隊努力使每個細節趨于完美。

  除了天宮係列空間實驗室項目,在我國探月工程以及新一代運載火箭領域,同樣也凝聚著航天科技的付出和貢獻。

  探月工程方面,2013年12月2日,嫦娥三號探測器成功發射,實現了中國航天器首次在地外天體軟著陸和月面巡視;2014年10月24日,實施探月工程三期再入返回飛行實驗,成功驗證了嫦娥五號任務返回器以接近第二宇宙速度(11.2公裏/秒)再入返回等相關技術,為嫦娥五號採樣返回進行技術驗證。航天科技介紹,嫦娥五號探測器將實現月球軟著陸以及採樣返回,有望實現我國開展航天活動以來的四個“首次”:首次在月球表面自動採樣;首次從月面起飛;首次在38萬公裏外的月球軌道上進行無人交會對接;首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

  目前,嫦娥五號正在開展總裝測試階段各項相關工作,技術狀態和質量受控,計劃進展順利。另外,我國還預計于2018年發射嫦娥四號,首次實現人類探測器月球背面軟著陸。

  作為我國長徵係列火箭的研制單位,近年來航天科技加強了航天運輸係統建設,大大提升了進入空間的能力,不但增強了現役運載火箭的可靠性和發射適應性,還在新一代運載火箭的研發和發射上取得了令人矚目的成就。

  2015年9月20日,新一代運載火箭長徵六號首飛成功,長徵六號首次採用液氮煤油發動機,成功將20顆衛星送入太空,創造了我國一箭多星發射的新紀錄;2015年9月25日,新一代運載火箭中唯一的固體運載火箭長徵十一號成功首飛,實現了我國運載火箭快速發射的小時級跨越,可在24小時內完成發射準備工作,標志著我國具備了小衛星快速組網能力,對提升我國快速進入空間能力具有裏程碑意義;2016年6月25日,全新研制的新一代高可靠、高安全性的中型運載火箭長徵七號首飛成功,滿足了我國載人空間站工程發射貨運飛船的需求和未來載人運載火箭更新換代的長遠需求;2016年11月3日,我國運載火箭升級換代的裏程碑工程長徵五號首飛任務取得圓滿成功,長徵五號是我國起飛規模最大、運載能力最大、技術跨度最大的一型運載火箭,將我國火箭的運載能力提升至近地軌道25噸,地球同步軌道14噸,是我國由航天大國邁向航天強國的重要標志。

  航天科技介紹,長徵五號動力係統的每一次試驗,都堪比一次正式的靶場發射大演練,無論是參與的單位數量,還是試驗隊伍的規模,以及試驗指揮和組織管理、試驗係統的技術要求,都是有史以來最復雜、最困難和最具挑戰性的。長徵五號被業內稱為“冰箭”,是因為全部使用零下一二百度低溫液氫液氧推進劑,每次動力係統試驗,數百噸的液氫和液氧考驗著航天科技的技術水平和應對安全風險的能力。為了保證長徵五號的研制計劃,航天科技組織科研團隊全力攻關,不僅在有限的時間內搶建了動力係統試車臺,而且攻克了包括試驗指揮管理係統、大流量低溫推進劑加注和排放、試車臺測控和工藝係統設計、箭臺對接係統設計等十多項關鍵技術難題,在兩年的時間裏,完成了多個模塊十余次動力係統試驗任務,都取得了圓滿的成功,達到總裝的要求,隨後火箭抵達海南文昌航天發射場,一飛衝天創造新奇跡。

  正是因為肩負打造“大國重器”的艱巨使命,航天科技從1999年成立以來,就將創新發展作為發展戰略。經過十余年的發展,航天科技目前轄有8個大型科研生産聯合體(研究院)、11家專業公司、12家上市公司和若幹直屬單位,研發和産業基地分布在北京、上海、西安、成都、天津、內蒙古、海南等多地。

  目前,航天科技擁有兩院院士29名,千人計劃專家30名,國家級突出貢獻專家31名,國家級專家100余名、學術技術帶頭人520多名,百千萬人才工程國家級人選67名,中國高技能人才楷模3名。此外,擁有國家高級技師1200余人,航天特級技師185人,中華技能大獎獲得者12名,高端人才數量在中央企業中處于領先位置。同時,航天科技還擁有10余個國防科技重點試驗室、1個國家工程實驗室、5個國家級工程研究中心。此外,航天科技還以掌握具有自主知識産權的關鍵核心技術為目標,制定了航天核心技術計劃,取得了數百項標志性成果,有力地推動了以載人航天和月球探測工程為代表的國家重大航天科技專項的立項研制。航天科技成立以來,共獲得51項國家科技進步獎,申請專利一萬多件。近年來,集團公司先後獲得國家首批“創新型企業”“中國十大創新型企業”“中國工業大獎”等一係列榮譽。

  隨著我國載人航天、月球探測、北鬥導航、高分辨率對地觀測係統等重大工程建設順利推進,空間科學、空間技術、空間應用領域取得豐碩成果。

  探索民用市場

  在打造“大國重器”的同時,航天科技還積極將眾多航天領域的科技成功應用于民用市場,探索出一條航天技術在民用領域應用和發展的新路。

  在近期結束的2017世界機器人大會上,一支首次參會的本土機器人軍團脫穎而出。這支機器人軍團來自航天科技下屬的中國運載火箭技術研究院。在模擬工廠車間裏,環衛垃圾分揀機器人熟練地從各類垃圾中識別、分揀出垃圾瓶,有些瓶子被其他垃圾遮蓋,分揀機器人也可以又快又準地把它“揪”出來。目前,這臺國內首個面向環衛垃圾分揀領域的機器人,分揀率已經達到93%,與傳統人工分揀垃圾相比,機器人兩條機械臂的工作效率提高了八倍多。該係統可逐步代替環衛垃圾處理廠前端的人工分揀工作,避免人工在惡劣環境下工作。隨著技術進一步成熟,後續還可應用于藥品分揀、農副産品分揀、物流包裹分揀等領域。

  垃圾分揀功能貌似簡單,但分揀機械臂的技術含量不可小覷,它是由空間機械臂原理樣機産品轉化而來。空間機械臂由2016年首飛成功的中國新一代運載火箭長徵七號搭載飛向太空,成功實現了太空垃圾主動清除演示驗證飛行試驗,為我國未來空間碎片清理等軌道服務奠定了工程應用基礎,對于中國空間運輸與應用係統的發展具有裏程碑的意義。

  航天科技介紹,這款環衛垃圾分揀機器人凝聚了大量航天技術,這套係統由機器視覺識別係統、人機交互係統、機械臂分揀單位構成,採用基于深度學習算法的智能識別、機械臂在線規劃與控制、多臂協調控制等先進技術,分揀係統具有識別率高、工作效率高的特點。此外,機器人使用的機械臂利用航天技術,解決了現有機械臂重量大、負載能力低、靈活性差的問題,採用了7自由度倣人型輕巧“手臂”的構型,其控制係統基于以太網EtherCAT的“小腦”,可完成高效、高精度的安全運動控制,具有ROS的“大腦”能完成視覺、力覺信息的綜合處理能力。倣人型智能機器手臂根據用戶要求可提供單臂、雙臂兩種類型,其雙臂的協調就如同人的兩只手臂,單個手臂能提2.5公斤的物品,可廣泛應用于教育科研、家庭、醫療等領域。

  除了分揀機器人,航天科技的“慧眼機器人”同樣引人注目。從劃痕裂紋到紋理圖案不符,從字符識別到筆畫級的精細瑕疵,肉眼都很難識別,但在“慧眼機器人”面前都會無所遁形。識別時間只要3秒,精細度達到0.02毫米,與傳統人工每天檢查1000個-2000個瑕疵相比,“慧眼機器人”每天檢測4000個-5000個,準確率高于95%。該産品可廣泛應用于珠寶、手表、橡膠/陶瓷密封件、煙草、接插件及武器裝備精密器件等外觀瑕疵檢測。

  在這個追求完美的“慧眼機器人”背後,體現的是航天優勢技術與先進人工智能的融合。所謂“慧眼”,是指利用機器視覺技術,在工業現場代替人工進行一係列産品檢測工作,這也是航天機器視覺技術首次引入民用市場。通過環形高清相機陣列與電控單元的有序交互,實現産品360度高分辨率大景深拍照檢測,無需專用的定位工具,只要將産品擺放于視場內,就可以全景分析。

  除了分揀機器人、慧眼機器人,航天科技機器人軍團中,還有一款由空間機械臂轉化而來的倣人機械臂。

  這款倣人機械臂可以根據用戶需求,提供單臂、雙臂兩種産品的組合方案。智能、靈活的“大腦”,24V的安全供電,使得這一産品能夠滿足商務及生活服務機器人與人類密切接觸的需求。而小巧的本體、靈活的操作、人機協同的作業能力,又使得它能夠迅速部署到勞動密集型的生産線上。倣人機械臂主要能解決現有工業機械臂重量大、負荷能力低、靈活性差、集成度低、安全性差等問題,可以廣泛應用于家庭、醫院等需要人機協作的場合及相關服務機器人領域。

  航天科技介紹,分揀機器人、慧眼機器人、倣人機械臂……這些航天領域的先進技術與人工智能深度融合的背後,都體現了我國“軍民融合”在不斷深入推進。航天科技肩負著富國強軍的使命,而軍民融合則是體現這一責任和使命的重要途徑,以航天技術服務于民也是航天科技發展的必由之路。

  除了最新的各類機器人,航天科技的其他産品也在民用領域有著廣泛應用。例如,航天科技下屬六院11所研制的高端閥門連續在中石化、中海油和地方煉油市場輸油管線項目中標,以更優的質量、更低的價格、更短的制造周期和更快捷的售後服務,擊敗全球最大的美國旋塞閥生産廠商,打破了其在中國輸油管線市場的壟斷局面,成為中國高端閥門市場的一匹“黑馬”。

  發力商業航天

  在積極探索航天技術民用化的同時,航天科技還積極參與商業航天産業,加速推進我國航天産業的整體發展水平。

  經過多年發展,商業航天已成為世界航天産業發展的主要動力。據統計,截至2014年,世界航天産業産值為3300億美元,其中商業航天佔總産值的76%。在巨大的市場機會前面,近年來,歐美等國不斷通過立法和政策扶持,加大對商業航天發展的支持。美國先後在通信、發射、遙感等領域頒布法案,向私營企業開放航天市場,並通過國家空間政策鼓勵商業航天服務採購,促進航天軍民融合。歐美等國紛紛成立航天商業化辦公室,促進運載火箭等領域的技術轉移,支持Ariane、SpaceX等公司參與國際市場競爭。

  在政府的扶持之下,歐美崛起了以SpaceX為代表的一批新興商業航天企業,這些航天的“新生力量”帶來了全新的思維方式、發展理念和商業模式,他們創新技術,降低成本,顛覆了航天發射、衛星應用等領域的傳統發展模式。

  在我國,商業航天的發展也迎來了重大利好,政府不斷出臺政策助力商業航天的發展。2007年,國防科工委、國家發改委出臺《關于促進衛星應用産業發展的若幹意見》,加速衛星應用産業發展。2014年,國務院發布60號文件,鼓勵民間資本研制、發射和運營商業遙感衛星,提供市場化、專業化服務。2015年,國務院發布《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015-2025)》,支持民間資本開展增值産品開發、運營服務和産業化推廣。

  更為重要的是,國內商業航天需求也在不斷增加。2014年,國務院發布《關于促進地理信息産業發展的意見》,明確把地理信息産業列入國家戰略性新興産業中。2014年,與商業航天息息相關的地理信息産業産值超過3000億元,年增長率超過20%,2020年將達到8000億元。

  同時,“一帶一路”倡議的提出,也為我國商業航天發展拓展了更為廣闊的前景。在這樣的大背景下,航天科技也加快了在商業航天領域的腳步。航天科技介紹,公司未來將借力“一帶一路”和雙邊多邊合作機制,面向全球提供整星出口、發射服務、電信港建設、技術轉讓與培訓、商遙數據出口、地面站建設、導航全球應用服務等商業航天一攬子解決方案。

  事實上,自上世紀90年代中國航天開始進行商業探索至今,航天科技研制的衛星已經成功打入國際市場,同多個國家累計簽訂了十余顆整星出口國際訂單,其中尼日利亞通信衛星、委內瑞拉遙感衛星等六個整星出口項目已經成功發射,為其他國家研制的通信衛星等五顆衛星也將從今年開始陸續發射。

  2015年9月,航天科技還專門成立了商業遙感衛星公司,正式建設“16+4+4+X”0.5米級的高分辨率商業遙感衛星係統,為全球用戶提供具備高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜觀測能力的全天候對地觀測遙感數據服務和應用係統解決方案服務,以及針對國土資源調查、測繪、國防安全、環境監測、金融保險以及互聯網行業的增值服務。

  航天科技還透露,未來將通過創新商業航天服務模式,推出“太空車”計劃、“太空星網”和“亞軌道飛行體驗”等服務。航天科技表示,商業航天潛力無限,需要各行各業的有志之士一道開疆拓土,才能做大航天産業“蛋糕”。為此,航天科技在技術、産品、資本、基礎設施以及市場等方面尋求全球開放合作,與各界一起分享中國航天幾十年積淀的紅利,並為中國航天事業的未來作出更大的貢獻。(記者 侯雲龍)

[責任編輯: 尹世傑 ]
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