上海最美科技工作者:张崇峰带领团队使我国成为当时世界上第二个具备对接机构研制能力的国家

发布时间:2022-08-31

空间交会对接技术是一个国家航天技术实力的集中体现。空间交会对接被形象地称为“万里穿针”。

他是2022年上海“最美科技工作者”,上海航天技术研究院科技委常委、载人飞船副总设计师、空间实验室副总设计师,中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室主任、研究员张崇峰。他和团队一起为中国的对接机构提出了跨越式的发展策略,即研发与国际空间站兼容的周边式对接机构,突破了被动自适应碰撞捕获、大冲量耗散、并联机构位姿调整等技术,解决了大偏差高可靠捕获、大惯量高效率缓冲的难题。他和团队发明的对接机构成功应用在神舟八号与天宫一号的首次对接,使我国成为当时世界上俄罗斯之外第二个具备对接机构研制能力的国家。

作为我国空间对接技术的开拓者之一,2022年被授予国防创新团队带头人称号,27年来张崇峰始终坚守在一线,为中国的对接机构跨越式发展做出突出贡献,带领团队成功突破了被动自适应碰撞捕获、大冲量耗散等关键技术难点,解决了大偏差高可靠捕获、大惯量高效率缓冲难题。发明的对接机构成功应用在神舟八号与天宫一号首次对接、“天宫”实验室、“天舟”货运飞船、“天和”核心舱升空,成功完成十五次交会对接,服务于中国空间站建设,为载人航天工程做出卓越贡献。

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2021年4月29日,长征五号B运载火箭成功将我国空间站天和核心舱精准送入预定轨道,我国正式拉开了空间站建造的大幕。

截至目前,张崇峰负责的对接机构已随“神舟”飞船、“天宫”空间实验室、“天舟”货运飞船、“天和”核心舱升空,成功完成了21次交会对接、17次安全分离任务,共38次,正在服务于中国的空间站建设,为载人航天工程做出了卓越贡献。

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根据任务安排,2022年我国将正式完成中国空间站的在轨建造,而这也是我国实施载人航天工程的第三十个年头。作为我国空间对接技术的开拓者,张崇峰伴随着载人航天工程一路成长,由他负责的对接机构也实现了从无到有、再到升级换代的创新突破。

当“一切从零起步”遭遇“高达一亿美金的设计专利费”

回到2011年11月3日凌晨,坐在北京飞控中心大屏幕前,亲眼目睹天宫一号与神舟八号首次交会对接取得圆满成功,张崇峰长期紧绷着的神经一瞬间得到了放松。

十六年,张崇峰带领团队所有的付出在那一刻得到了最好的回报,中国自此成为世界上第三个独立掌握空间交会对接技术的国家。

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据张崇峰介绍,当时在国际范围内,只有俄罗斯和美国掌握了空间交会对接技术,而能够独立研制对接机构的只有俄罗斯,美国一般都是向俄方采购。张崇峰依然清晰地记得,参观俄罗斯“能源”火箭公司对接机构研制车间时,那位车间主任自豪地说:“世界上所有的对接机构都是我们这里生产出来的。”那位主任还直截了当地告诉张崇峰,对接机构的研制难度非常大,并不停推销他们的产品。可是,在费用上,俄方却开出了天文数字,仅设计专利费就高达一亿美金。

考虑到成本和后续空间站发展的现实需求,张崇峰心里埋下了一个种子,“一定要研制属于中国人自己的对接机构”。

1996年,张崇峰受邀加入中国航天科技集团上海航天技术研究院,成为对接机构研究团队的技术负责人。对标国际先进,张崇峰研制团队一开始便提出了跨越式发展的思路——研制能与国际空间站相匹配的异体同构周边式对接机构。这种对接机构适应性强、承载能力大,便于航天员在不同飞行器之间自如进出,但与之相应的是重量大、对接初始条件要求严格、构造复杂。

为了将这个方案论证清楚,张崇峰带领团队搜集和查阅了所有能找到的相关资料,在字里行间筛选点点滴滴有价值的信息,翻译俄罗斯对接机构的相关书籍。经过艰苦的努力,前后收集到的各类资料装满了整整十个大箱子,仅论证报告的撰写就用了三个多月的时间。艰辛付出没有白费,通过一轮轮评审和质询,这个方案被采纳了,张崇峰离梦想又近了一步。

作为技术负责人,张崇峰提出了系统参数设计优化模型,解决了系统方案、动力学建模等关键问题。在没有参考资料的情况下,完成了对接机构关键技术攻关,研制出了空间对接机构正样产品。

一位俄罗斯专家在参观时,羡慕地对张崇峰说:有了这些设备,你们的对接机构一定能成功。

在此过程中,为了实现模拟空间环境下的功能性能评估,张崇峰和团队发明并提出了大型航天器复杂空间环境动力学成套试验装备与方法,建立了对接性能测试、常压高低温对接动力学试验、热真空对接试验相组合的对接机构研制的地面考核规范,解决了对接试验中在地面模拟空间失重、高低温、真空条件的难题。建立了一套国际一流的对接机构试验系统,包括国际首创的十自由度气浮式对接缓冲试验台,六自由度对接综合试验台,热真空对接试验台和对接机构整机特性测试台等一批国际一流的大型地面试验设备。

2013年,张崇峰担任“神舟”系列载人飞船、“天宫”空间实验室副总设计师,全面负责上海航天所承担的载人航天领域技术工作,主持包括电源系统、对接系统、推进舱和测控分系统单机研制。

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张崇峰团队成功完成了“神舟”十号至十三号载人飞船,“天宫”二号空间实验室、“天舟”一号至三号货运飞船的飞行任务。

面向落月采样任务对上升器与轨道器交会对接并完成样品转移的需求,张崇峰带领团队发明了一体化对接与样品转移机构,首创了仿生大折展比接力机构,提出了主被动混合缓冲控制方法,解决了航天器大角度偏差捕获等难题。突破的相关技术成功支撑了嫦娥五号人类首次月球轨道交会对接与样品转移任的工程实施。

并且,面向空间站系统建造与运营需求,张崇峰组织开展了空间站机械臂、转位机械臂、抱爪式对接机构、锥杆式对接机构和舱门机构等产品与技术的关深论证,获国家自然科学基金资助,正在探索新的研究领域。

“目前,中国的航天面临着一个问题,就是下一步往哪里走?”

张崇峰说:“以前我们发展得快有一个重要的原因,就是有俄罗斯美国的路子走过,我们是站在这些成功的经验和失败的痛苦历程之上。现在走的比较顺利,下一步我们建成了自己的空间站之后,中国的航天再往哪走,要有自己的创造力。”

“实际上是中国航天走到了要自己把新的路走出来的时刻。前面没有谁再带路了。”张崇峰强调。事实上,这也是目前整个航天行业集体面临的新起跑线。

下一站往哪走?27年来始终坚守在中国航天一线的张崇峰表示:“最终一刻的惊喜确实会到来。”