李衛(wèi)
2011年10月的某天,酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心夜幕下,飛船系統(tǒng)兼目標飛行器系統(tǒng)指揮,以及我們飛船系統(tǒng)總體的幾位同事,相約去東風(fēng)航天城的外環(huán)路上散步,等候迎接成功發(fā)射不久的天宮一號目標飛行器過境。
這或許是在發(fā)射場緊張工作之余的消遣,更像是一次鄭重的儀式。只因為沒有多少天,神舟八號飛船即要升空與天宮一號目標飛行器相約握手,載人航天工程交會對接關(guān)鍵技術(shù)的首發(fā)飛行驗證即將拉開帷幕。
“過來了!”我們在繁星點點的清朗夜空中,覓得了緩緩而來的亮點,又目送它向東方遠去,并期待著與它“近距離”再相見,圓了多年的夢。
突破并牢固掌握交會對接關(guān)鍵技術(shù),是中國載人航天“三步走”的第二步目標之一。為實現(xiàn)這一不凡的技術(shù)跨越,載人航天器研制團隊經(jīng)歷了又一次非凡的磨礪。那一夜,我不免想起了三年多來艱辛且充實的歷程……
為突破并牢固掌握交會對接關(guān)鍵技術(shù),基于載人航天工程一期,神舟飛船增添配備了對接機構(gòu)、交會對接敏感器和控制裝置,以及用于平移運動的發(fā)動機等設(shè)備,并進行了繼承功能產(chǎn)品的優(yōu)化和換代研制,擬通過神舟八號~神舟十號及天宮一號飛行任務(wù)的實施,進行充分驗證。這對于飛船研制隊伍而言,是站在前輩肩膀上的一次跨越,也是不小的挑戰(zhàn)。
神舟八號飛船初樣階段前期進行設(shè)計復(fù)核時,系統(tǒng)總體遇到了一個棘手的問題:飛行過程交會對接階段,系統(tǒng)的能量平衡沒有裕度。是否定神舟八號方案設(shè)計之初為減小質(zhì)量而作的太陽翼配置,新增一組太陽翼,且重新安排投產(chǎn),還是增加電池作為備用,不傷大“雅”?另外,對于再次浮出的系統(tǒng)質(zhì)量超標問題該如何處置,以滿足運載火箭對起飛質(zhì)量的約束?
新的神舟飛船,其使命不僅是用于突破交會對接關(guān)鍵技術(shù),更是空間站建造、運行階段的實用天地往返運輸器。能源,是保障航天器可靠安全飛行的重中之重。新增設(shè)備的能耗是否還會突破?未來在軌長期???,電池儲存壽命會不會面臨問題……為此,我主張“新增一組太陽翼,一勞永逸”。
盡職盡責(zé),盡心盡力,勇于擔(dān)當,是飛船系統(tǒng)的傳統(tǒng),體現(xiàn)在團隊每一位成員的身上。系統(tǒng)總體做出了“新增一組太陽翼”的決策。大約半個月的時間,總體和電源分系統(tǒng)研制團隊便拿出了總體方案和分系統(tǒng)設(shè)計,并完成了能量平衡和系統(tǒng)總質(zhì)量的再復(fù)核。
電能充裕了,但系統(tǒng)再次質(zhì)量超標達數(shù)十千克,比之前的質(zhì)量超標數(shù)據(jù)有過之而無不及!電纜優(yōu)化、單機設(shè)備再減小質(zhì)量,還有多少油水?當前的絕大部分數(shù)據(jù)可都是與終結(jié)產(chǎn)品偏差不大的實測數(shù)據(jù)!
怎么辦?技術(shù)進步及先進技術(shù)產(chǎn)品的運用,或許才是解決問題的唯一途徑。有哪些是技術(shù)長足進步的領(lǐng)域?有沒有可以再被改進的設(shè)備?系統(tǒng)梳理后發(fā)現(xiàn),人控及儀表系統(tǒng)仍是有很多潛力可挖的,遂提出了以下思路:將返回艙人控用潛望鏡光學(xué)設(shè)備(借鑒國外飛船的仿制產(chǎn)品)由攝像設(shè)備替代;利用二代儀表系統(tǒng)配置多功能顯示器且備有視頻通道的設(shè)計,實現(xiàn)人控“潛望觀測”功能,進而達成減小質(zhì)量的目標。
方案設(shè)計完成后的再復(fù)核結(jié)果顯示,減小質(zhì)量的目標能夠順利實現(xiàn)。其顯著效果不僅來自于小巧的攝像機替代了體積大、質(zhì)量大的原光學(xué)系統(tǒng),更來自于省去了返回艙內(nèi)為老式潛望鏡的配重,著實體現(xiàn)了進取精神與系統(tǒng)思維相結(jié)合解決難題所具有的優(yōu)勢。
進入載人航天二期新歷程,飛船系統(tǒng)面對的挑戰(zhàn),不僅僅只是技術(shù)層面的復(fù)雜問題攻關(guān),更為緊迫且必須解決好的難題還有:并行研制神舟八號和天宮一號,加之批量研制3艘飛船,人員拆分精簡后隊伍能力的保持和提升;新一代地面集成、驗證、測試系統(tǒng)和設(shè)備,以及外場專用驗證設(shè)備,必須提前保障到位;多項技術(shù)及產(chǎn)品攻關(guān)的進展協(xié)同,以及單機與分系統(tǒng)、分系統(tǒng)之間及分系統(tǒng)與系統(tǒng)研制進展的協(xié)同。歸納起來就是:能持續(xù)打硬仗、打勝仗的隊伍,高質(zhì)量的研制條件保障,以及應(yīng)對更復(fù)雜系統(tǒng)的工程研制和管理能力。盡力去破解這些難題,是現(xiàn)實的必需,更是推進載人航天事業(yè)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展的不懈追求。
2008-2011年3年多的鏖戰(zhàn),令我刻骨銘心的是:電性船測試、神舟八號初樣船和正樣船測試與試驗,累計系統(tǒng)級集成測試時間達到3600多小時。可以說,這是飛船研制團隊面對新挑戰(zhàn)竭力務(wù)實的真實寫照之一。
基于電性船開啟系統(tǒng)測試,其目的之一是初步驗證部分新狀態(tài)產(chǎn)品的合格性和匹配性,而更多的考慮則是未雨綢繆,為應(yīng)對后續(xù)更加嚴峻的挑戰(zhàn)奠定必要的堅實基礎(chǔ)。期望獲得的成果包括:有效提升新一代集成測試系統(tǒng)的成熟度;使一支由較多新人組成的管理和測試隊伍得以迅速成長;有力促進集成測試流程和方法的優(yōu)化,以及測試過程管理的規(guī)范化。
神舟八號初樣船測試及正樣船出廠前測試,累計約3000多小時。這組數(shù)據(jù),除去研制流程規(guī)定的階段標志性測試項目的貢獻外,更多的是來自于在每個分時段內(nèi),對于某個或某幾個新功能、新狀態(tài)或新產(chǎn)品的不斷迭代驗證和求真排錯;更多的是與多條并行攻關(guān)線及外場驗證等進程相呼應(yīng),去強化推進關(guān)鍵技術(shù)的突破和新技術(shù)產(chǎn)品的成熟度提升。
技術(shù)攻關(guān)設(shè)備初樣II整船集成測試即將結(jié)束之前的某天,負責(zé)攻關(guān)研制差分導(dǎo)航接收機(交會對接遠距離導(dǎo)引關(guān)鍵設(shè)備之一)單位的領(lǐng)導(dǎo)及研制團隊告知我們,精心優(yōu)化再研制的初樣II已通過單機例行試驗和新搭建的地面模擬導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)嚴格測試,懇請將存在較多硬軟件固有設(shè)計缺陷的初樣I替代下來,并追加完成新產(chǎn)品在整船環(huán)境下的系統(tǒng)驗證。初樣II的確不在原計劃內(nèi),實屬自發(fā)研制。但在深入了解了研制單位針對原產(chǎn)品健壯性問題而作的系統(tǒng)且卓有成效的工作后,整船集成測試團隊的同事們欣然接受了初樣II,并加班加點組織完成了又一輪供電檢查、分系統(tǒng)匹配測試和模飛測試,并為初樣II的順利通過而高興。
2008-2011年神舟飛船系統(tǒng)級測試期間,遇到的類似情況似是一種常態(tài)。換言之,只要能夠獲得產(chǎn)品和系統(tǒng)質(zhì)量的不斷提升,多出幾十個小時的測試是常態(tài);為了保證計劃節(jié)點的按期完成,“712”(每周7個工作日,每天12小時以上工作時間)是常態(tài)。
集成測試累計時間新紀錄的誕生,標示了神舟飛船集成測試團隊力求不斷提升能力和超越自我。在這一過程中,確有不少甚或是難言的艱辛,但更多的意味著不懈礪煉,求實求真。
軟件,是系統(tǒng)的靈魂。其質(zhì)量和安全性對于載人航天更是至關(guān)重要。載人航天工程是國內(nèi)軟件質(zhì)量管理乃至軟件工程化實踐的先行者。得益于較為全面和嚴格的軟件質(zhì)量管理,確保了神舟飛船一期飛行任務(wù)的圓滿成功。但也在實踐過程中暴露了由于管控工作滯后和系統(tǒng)性欠缺,急需強化完善的方方面面。
防患于未然。更加系統(tǒng)、更加專業(yè)化體現(xiàn)的載人航天二期軟件工程化專題研究和工作策劃提上了日程。為此,成立了載人航天二期軟件保證專項工作組,核心成員來自于系統(tǒng)總體、數(shù)管和控制等分系統(tǒng)的大型A類軟件研制骨干,他們都曾親歷了一期軟件研制的摸爬滾打,參與了不計其數(shù)的軟件問題歸零和軟件專項復(fù)查等工作。
研究、醞釀的那些日子,圍繞著“摸不著,但要力求‘看’得清、‘管’得住”,我們的思考和議題既廣泛又深入,諸如:軟件研制工作滯后的原因分析;軟硬件聯(lián)合設(shè)計的建議與方法;與漸進式開發(fā)模式相協(xié)調(diào)的技術(shù)流程要素管理。軟件常見病案例綜合和原因再剖析;需求規(guī)格說明書及軟件接口控制文檔的細化要求;多進程沖突(如中斷沖突)故障的分析與防范;實時操作系統(tǒng)運用于大型復(fù)雜軟件的建議與管理辦法。研制流程各環(huán)節(jié)質(zhì)量保證要素的再分析;C語言/匯編語言編程規(guī)范;編譯器、落焊等工具、環(huán)境和過程的管控;自下而上逐級分層的覆蓋性測試要求;第三方評測要求。
用于規(guī)范和指導(dǎo)神舟八號飛船和天宮一號目標飛行器軟件研制的《載人航天二期軟件工程化實施細則》的編制,力求以載人航天工程總體發(fā)布的軟件工程化要求文件為依據(jù),力求更加切合飛行器研制實際,力求做到更具操作性的細化分解,是一個嚴謹務(wù)實又不乏進取的過程。也不知伏案疾筆了多少個日日夜夜,也記不清又作了多少次意見再征詢,終于在神舟八號和天宮一號初樣階段伊始向全系統(tǒng)發(fā)布了。
上述實施細則的發(fā)布,標志著我們邁出了提升軟件保證水平的至關(guān)重要的一步。其執(zhí)行和落實,對于“看”得清、“管”得住的作用是有目共睹的。更為可喜的是“高起點的統(tǒng)一認識”,極大促進了技術(shù)手段的再進步和產(chǎn)品保證工作的更細化,相繼取得的成果包括:數(shù)管分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)和儀表分系統(tǒng)等相繼基于成熟的商用實時操作系統(tǒng)開發(fā)了適用于自身任務(wù)的操作系統(tǒng)軟件;普及了單元/組裝測試工具;強化了C語言/匯編語言編程規(guī)范;借鑒軟件工程化思想,針對可編程邏輯門陣列(FPGA)的特點,制定了相應(yīng)的工程化實施細則;強化了軟件和FPGA產(chǎn)品應(yīng)對空間單粒子效應(yīng)的分析與防護。
2011年11月3日,北京航天飛行測控中心。完成神舟八號發(fā)射任務(wù),匆匆趕回北京的我,受邀與中央電視臺現(xiàn)場直播主持人共同解說神舟八號與天宮一號在軌“相見和握手”的實況過程。當在大屏幕上看到飛船向目標飛行器逐漸靠近的實時圖像畫面時,我仿佛將轉(zhuǎn)播間當作了測試現(xiàn)場;當那幅地面測試中無數(shù)次看到的靶標“十”字不偏不倚地映入眼前時,我只是不斷重復(fù)著“很好!很好!”,聲音沙啞,很平靜,不緊張,好像只是在完成又一次的地面測試驗證……
盡心竭力,艱辛礪煉之后,能進入一種“放空”的境界,感覺真的很好!