长管(长管乐器)
长管，长管乐器
在由中国宇航学会、福州大学主办的中国航天大会“青聚闽江”青年科学家论坛上，上海航天技术研究院上海卫星工程研究所副总工程师曲耀斌讲述了中国航天人的艰难奋斗历程。以下为演讲主要内容。
曲耀斌在演讲中。 （图片由中国航天大会提供）
我叫曲耀斌，是一名卫星总体设计师，也是数十万中国航天工作者中的一员。
我们这么多人投身航天事业，每一个人就像是卫星上的一颗小小的螺丝钉。那么，我们应该怎样做一颗螺丝钉？这其实是一个关乎航天学科发展和传承的大问题。
『用有限的已知去探索无限的未知』
宇宙太广阔了，航天器在太空环境中运行，很难根据内外部条件事先开展模拟试验，去充分试错。而且，作为世界上最昂贵的承载平台，航天器的定制性很强，无法进行工业化规模生产。换句话说，我们必须用有限的已知去挑战、探索无限的未知。
2010年，我刚工作不久，是一名卫星姿态轨道控制系统设计师。当时，我们接到一个项目论证的任务，要打造一个全新的卫星平台，在36000公里的高度开展新技术通信试验。
所谓卫星平台，就是设计一颗卫星所需要的外形、能源、信息等综合形态。它需要完成两个艰难的使命。
一是在7天时间内完成4次精确的变轨控制，发动机的工作时长和误差不能超过1秒。在发动机剧烈工作时，卫星还需要保持接近绝对稳定的状态。任何一项失误都会消耗额外的推进剂，导致卫星无法正常入轨，甚至整个任务失败。
第二个难点是这颗卫星要配合新载荷开展多项任务试验，比如首次在地球静止轨道实施很多复杂的动作。
我花了几周时间把整套全新的控制算法写了出来。但对于一个新的卫星平台来说，需要充分摸清各个部件的细节特性，开展实时的半物理验证，并且尽可能地调试、测试各种参数。
那几年里，大约有1/3的时间，我和同事们都是通宵在实验室里度过的。我们开发了一套能够完全模拟卫星的软件架构，并且以10倍速率仿真且不损失任何一个进程环节的超实时系统。我们想象了尽可能多的故障情况，然后再设计卫星自主处理故障的预案。这上千个假想的故障，可能99%永远都不会发生，但往往放过了一个就可能会荒废一代人的努力。
2018年12月25日凌晨，通信技术试验卫星三号成功发射。耗时数月，该卫星自主完成了各种入轨及试验动作。此时，我们这支国内最年轻的高轨新平台设计师队伍已经日夜不断地耕耘了8年。
『“两弹一星” 开创的系统工程方法』
50多年前，在非常薄弱的中国基础工业体系上，为什么能够一下子绽放出集所有专业大成于一身的“两弹一星”？我认为，其中一个重要的原因，是以钱学森先生为首的团队开创了系统工程方法，这套方法沿用至今。
它将一个运载火箭、一颗卫星、一枚导弹分解为几十个系统、几千个部组件和上万个元器件，并逐级赋予了每个环节相应的设计和工程进度要求。这样一个责任体系，我们把它称为“两总系统”。换言之，在每一个设计层级，不同的设计师都在基于产品进行最优化的设计，最终实现整个项目的优化。反过来说，一次成功的航天任务，取决于这个庞大系统中的每一个环节、每一个产品、每一道工序，甚至每一颗螺丝钉。
很多人用华为手机的50倍调焦模式拍过月亮，手机一晃，就出现了月亮的画面。我们正在做的高精度、高稳定度的指向控制技术，相当于把这个镜头的视场再精确10000倍。
有时候，我们已经做到了极致，但跳出来换一个视角，借鉴其他非航天领域的方法，又能做到再提升、再优化。比如，我们将地面经纬仪测量原理搬到天上，将整个精度提升了20%；又借鉴了家用计算机双核计算的原理，来模拟奥运射击冠军的动态视觉，把精度又提升了30%。
2020年2月20日发射的新技术试验C星、D星，成功实现了国内首次星间高速激光通信。而这只是开始。随着技术的逐步深化，还会演化出很多让人意想不到的新应用。这就是航天系统工程。
『这些设计永远留在了太空里』
在上海卫星工程研究所的一楼，有一个很特别的地方，叫上海航天卫星监测中心，我们都叫它“长管”。
“长管”，意为长长久久地管理。在这里，365天日夜不断接收的，是经上海航天技术研究院研制、发射并且目前还在运行着的近50颗卫星的实时数据，其中有一半都已是超寿命运行的卫星。
我的手机24小时不能关机，因为“长管”监测的卫星中，有我们团队研制的11颗卫星。如果监测的数据出现任何异常，监测人员就会第一时间打我的电话。而我和我的团队需要马上判断是否要应急抢救、处理，因为这关系到这颗卫星的存亡。
在卫星运行期间，设计师们的代码年复一年孤独地运行在宇宙中。在“长管”，稳定的数据就代表着这颗卫星的存在，也代表着那些设计师曾经留下的印记。随手翻看一些老卫星的使用手册，上面有很多老院士、老专家的批注，以及他们在刚工作时编译的程序、软件。虽然航天器是有寿命的，但看着这些数据，你会发现，这些设计永远留在了航天器里，永远留在了太空里。同时，它们会经下一代之手，不断地更新重生，在新的航天器里升级，焕发新的生机。
2019年9月23日深夜，实践六号01星报警。这颗星是2004年9月9日发射的，报警那天已经比预计寿命超出了13年。它的有效载荷已经不再执行任务，仅有的使命是采集各个部件的数据，为下一代的高寿命航天器设计奠定基础。
当年研制这颗卫星的团队如今已分散在各个地方。费劲地抢救这颗卫星已经没有什么意义。但是那天晚上，我第一次在“长管”里见到那么多人重新聚集在一起。早已是厂所领导的主任设计师，亲自来画故障树；已经改做技改管理的软件设计师，重新翻出了当年的代码；而已经退居二线、在家里带着孙辈的测控设计师，和当年的技术参谋反复进行着电话沟通……所有人都不希望这颗开创了一个系列的首发卫星就此消失。
后来怎么样？这颗卫星至今还在轨继续正常运行。
正是在那一刻，看着这些年过半百的设计师穿越时间长廊，变成了年轻的样子，我仿佛也看到了我将来的模样。数十年以后，我也会继续为航天事业出力，而中国航天事业的未来，必将走向新的辉煌。
栏目主编：龚丹韵 文字编辑：徐蓓 题图来源：图虫 图片编辑：苏唯
来源：作者：曲耀斌
长管(长管乐器)
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