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航天科技:承载新世纪“巡天梦”
2017-10-20 作者: 记者 侯云龙/北京报道 来源: 经济参考报

  2017年4月20日,我国首艘货运飞船天舟一号发射升空,在完成了一系列任务和相关实验后,于9月22日受控离轨,进入大气层烧毁。天舟一号飞行任务圆满成功意味着中国航天顺利迈入“空间站时代”。成功背后,离不开中国航天科技集团公司(以下简称“航天科技”)多年来在航天领域坚持创新发展的努力。

  《经济参考报》记者近期从相关机构获悉,今年下半年我国还将进行多次航天发射,除了发射我国多个型号、不同类型的卫星和火箭外,还将为斯里兰卡、沙特等国家提供商业卫星发射服务。上述发射任务的主要承担者正是航天科技。从组建至今,航天科技的发展一直受到各界高度关注。四年前的5月4日,习近平同志在中国航天科技集团公司中国空间技术研究院参观空间技术成就展览时表示,空间技术领域是高技术集中的领域,空间技术水平是一个国家科技实力的重要标志,也是一个国家经济实力、综合国力、国防实力的重要标志。

  18日,中国共产党第十九次全国代表大会开幕。习近平同志作了题为《决胜全面建成小康社会 夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利》的报告。航天科技党组书记、董事长雷凡培表示,党的十九大必将掀开建设中国特色社会主义伟大事业的崭新篇章。在十九大精神的引领下,航天科技的全体共产党员和干部职工将以高度的政治责任感和使命感,迎难而上,顽强拼搏,谱写中国航天事业发展的新篇章,为全面建成小康社会,实现中华民族伟大复兴的中国梦作出新的更大的贡献。

  打造“大国重器”

  作为我国航天领域的龙头企业,航天科技通过创新发展,不但完成了包括神舟飞船、天宫空间实验室、北斗导航在内的多个“航天重器”的研制和发射任务,还带动产业链上下游不断做大做强航天产业,支撑起中国人的新世纪航天梦。

空间交会对接,中国航天顺利迈入“空间站时代”。资料图片

  早在2011年,天宫一号目标飞行器发射升空执行任务期间,天宫二号就已经伫立在北京航天城的总装大厅里。从2011年装备出厂到2016年实施发射,时隔5年之久,天宫二号上的零部件能否保证性能稳定、可靠应用成了航天科技面临的第一个问题。

  “和人有寿命一个道理,机器设备也有寿命。”天宫二号总体主任设计师柏林厚明白,“延长寿命”是天宫二号开始“太空长征”的第一步。据介绍,天宫二号上有近300台设备,为了确保这些设备能够完成各自的太空使命,航天科技的科研人员对它们一一进行“寿命影响因素”分析,分门别类地做试验、做调研,制定有针对性的延寿方案。

  “整个系统环环相扣,虽然工作量大、耗时长,但多一分付出,天宫二号的可靠性和安全性就多一分保证。”柏林厚说。由于太空真实环境与地面环境差异巨大,天宫二号研制团队为攻克多项技术,进行了无数次的检测和试验。这一系列工作难度大、压力重,研制团队耗尽心思、通宵达旦,不放过任何一个小细节。

  和天宫一号执行的任务有所不同。在空间实验室任务中,航天员要在天宫二号中完成30天的中期驻留。为此,当三年前神舟十号飞船载着航天员平安返回后,天宫二号研制团队就立即听取了他们的反馈意见,根据他们的实际体验着手“装修”天宫二号——让墙体颜色由容易引发视觉疲劳的军绿色变为常用的白色;将简单的硬板升级为集吃饭、阅读、娱乐于一体的多功能桌子;设计较小的废弃物贮存区,不占用航天员生活空间;甚至连安装在内壁上的把手也由软布变为硬质塑料,方便航天员控制失重漂浮……

  “提高生活质量,降低工作负荷,改善睡眠环境,丰富娱乐生活。”天宫二号总设计师朱枞鹏概括了构建天宫二号宜居环境的目标。朱枞鹏介绍,在22立方米的组合体自由空间里,需要集成内部装饰、舱内活动空间规划、视觉环境与照明、废弃物处理、物品管理、无线通话等多个宜居技术,为此航天科技的科研团队努力使每个细节趋于完美。

  除了天宫系列空间实验室项目,在我国探月工程以及新一代运载火箭领域,同样也凝聚着航天科技的付出和贡献。

我国新一代运载火箭长征七号在海南文昌航天发射场点火升空。资料照片

  探月工程方面,2013年12月2日,嫦娥三号探测器成功发射,实现了中国航天器首次在地外天体软着陆和月面巡视;2014年10月24日,实施探月工程三期再入返回飞行实验,成功验证了嫦娥五号任务返回器以接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)再入返回等相关技术,为嫦娥五号采样返回进行技术验证。航天科技介绍,嫦娥五号探测器将实现月球软着陆以及采样返回,有望实现我国开展航天活动以来的四个“首次”:首次在月球表面自动采样;首次从月面起飞;首次在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接;首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

  目前,嫦娥五号正在开展总装测试阶段各项相关工作,技术状态和质量受控,计划进展顺利。另外,我国还预计于2018年发射嫦娥四号,首次实现人类探测器月球背面软着陆。

  作为我国长征系列火箭的研制单位,近年来航天科技加强了航天运输系统建设,大大提升了进入空间的能力,不但增强了现役运载火箭的可靠性和发射适应性,还在新一代运载火箭的研发和发射上取得了令人瞩目的成就。

  2015年9月20日,新一代运载火箭长征六号首飞成功,长征六号首次采用液氮煤油发动机,成功将20颗卫星送入太空,创造了我国一箭多星发射的新纪录;2015年9月25日,新一代运载火箭中唯一的固体运载火箭长征十一号成功首飞,实现了我国运载火箭快速发射的小时级跨越,可在24小时内完成发射准备工作,标志着我国具备了小卫星快速组网能力,对提升我国快速进入空间能力具有里程碑意义;2016年6月25日,全新研制的新一代高可靠、高安全性的中型运载火箭长征七号首飞成功,满足了我国载人空间站工程发射货运飞船的需求和未来载人运载火箭更新换代的长远需求;2016年11月3日,我国运载火箭升级换代的里程碑工程长征五号首飞任务取得圆满成功,长征五号是我国起飞规模最大、运载能力最大、技术跨度最大的一型运载火箭,将我国火箭的运载能力提升至近地轨道25吨,地球同步轨道14吨,是我国由航天大国迈向航天强国的重要标志。

  航天科技介绍,长征五号动力系统的每一次试验,都堪比一次正式的靶场发射大演练,无论是参与的单位数量,还是试验队伍的规模,以及试验指挥和组织管理、试验系统的技术要求,都是有史以来最复杂、最困难和最具挑战性的。长征五号被业内称为“冰箭”,是因为全部使用零下一二百度低温液氢液氧推进剂,每次动力系统试验,数百吨的液氢和液氧考验着航天科技的技术水平和应对安全风险的能力。为了保证长征五号的研制计划,航天科技组织科研团队全力攻关,不仅在有限的时间内抢建了动力系统试车台,而且攻克了包括试验指挥管理系统、大流量低温推进剂加注和排放、试车台测控和工艺系统设计、箭台对接系统设计等十多项关键技术难题,在两年的时间里,完成了多个模块十余次动力系统试验任务,都取得了圆满的成功,达到总装的要求,随后火箭抵达海南文昌航天发射场,一飞冲天创造新奇迹。

  正是因为肩负打造“大国重器”的艰巨使命,航天科技从1999年成立以来,就将创新发展作为发展战略。经过十余年的发展,航天科技目前辖有8个大型科研生产联合体(研究院)、11家专业公司、12家上市公司和若干直属单位,研发和产业基地分布在北京、上海、西安、成都、天津、内蒙古、海南等多地。

  目前,航天科技拥有两院院士29名,千人计划专家30名,国家级突出贡献专家31名,国家级专家100余名、学术技术带头人520多名,百千万人才工程国家级人选67名,中国高技能人才楷模3名。此外,拥有国家高级技师1200余人,航天特级技师185人,中华技能大奖获得者12名,高端人才数量在中央企业中处于领先位置。同时,航天科技还拥有10余个国防科技重点试验室、1个国家工程实验室、5个国家级工程研究中心。此外,航天科技还以掌握具有自主知识产权的关键核心技术为目标,制定了航天核心技术计划,取得了数百项标志性成果,有力地推动了以载人航天和月球探测工程为代表的国家重大航天科技专项的立项研制。航天科技成立以来,共获得51项国家科技进步奖,申请专利一万多件。近年来,集团公司先后获得国家首批“创新型企业”“中国十大创新型企业”“中国工业大奖”等一系列荣誉。

  随着我国载人航天、月球探测、北斗导航、高分辨率对地观测系统等重大工程建设顺利推进,空间科学、空间技术、空间应用领域取得丰硕成果。

  探索民用市场

  在打造“大国重器”的同时,航天科技还积极将众多航天领域的科技成功应用于民用市场,探索出一条航天技术在民用领域应用和发展的新路。

  在近期结束的2017世界机器人大会上,一支首次参会的本土机器人军团脱颖而出。这支机器人军团来自航天科技下属的中国运载火箭技术研究院。在模拟工厂车间里,环卫垃圾分拣机器人熟练地从各类垃圾中识别、分拣出垃圾瓶,有些瓶子被其他垃圾遮盖,分拣机器人也可以又快又准地把它“揪”出来。目前,这台国内首个面向环卫垃圾分拣领域的机器人,分拣率已经达到93%,与传统人工分拣垃圾相比,机器人两条机械臂的工作效率提高了八倍多。该系统可逐步代替环卫垃圾处理厂前端的人工分拣工作,避免人工在恶劣环境下工作。随着技术进一步成熟,后续还可应用于药品分拣、农副产品分拣、物流包裹分拣等领域。

  垃圾分拣功能貌似简单,但分拣机械臂的技术含量不可小觑,它是由空间机械臂原理样机产品转化而来。空间机械臂由2016年首飞成功的中国新一代运载火箭长征七号搭载飞向太空,成功实现了太空垃圾主动清除演示验证飞行试验,为我国未来空间碎片清理等轨道服务奠定了工程应用基础,对于中国空间运输与应用系统的发展具有里程碑的意义。

  航天科技介绍,这款环卫垃圾分拣机器人凝聚了大量航天技术,这套系统由机器视觉识别系统、人机交互系统、机械臂分拣单位构成,采用基于深度学习算法的智能识别、机械臂在线规划与控制、多臂协调控制等先进技术,分拣系统具有识别率高、工作效率高的特点。此外,机器人使用的机械臂利用航天技术,解决了现有机械臂重量大、负载能力低、灵活性差的问题,采用了7自由度仿人型轻巧“手臂”的构型,其控制系统基于以太网EtherCAT的“小脑”,可完成高效、高精度的安全运动控制,具有ROS的“大脑”能完成视觉、力觉信息的综合处理能力。仿人型智能机器手臂根据用户要求可提供单臂、双臂两种类型,其双臂的协调就如同人的两只手臂,单个手臂能提2.5公斤的物品,可广泛应用于教育科研、家庭、医疗等领域。

  除了分拣机器人,航天科技的“慧眼机器人”同样引人注目。从划痕裂纹到纹理图案不符,从字符识别到笔画级的精细瑕疵,肉眼都很难识别,但在“慧眼机器人”面前都会无所遁形。识别时间只要3秒,精细度达到0.02毫米,与传统人工每天检查1000个-2000个瑕疵相比,“慧眼机器人”每天检测4000个-5000个,准确率高于95%。该产品可广泛应用于珠宝、手表、橡胶/陶瓷密封件、烟草、接插件及武器装备精密器件等外观瑕疵检测。

  在这个追求完美的“慧眼机器人”背后,体现的是航天优势技术与先进人工智能的融合。所谓“慧眼”,是指利用机器视觉技术,在工业现场代替人工进行一系列产品检测工作,这也是航天机器视觉技术首次引入民用市场。通过环形高清相机阵列与电控单元的有序交互,实现产品360度高分辨率大景深拍照检测,无需专用的定位工具,只要将产品摆放于视场内,就可以全景分析。

  除了分拣机器人、慧眼机器人,航天科技机器人军团中,还有一款由空间机械臂转化而来的仿人机械臂。

  这款仿人机械臂可以根据用户需求,提供单臂、双臂两种产品的组合方案。智能、灵活的“大脑”,24V的安全供电,使得这一产品能够满足商务及生活服务机器人与人类密切接触的需求。而小巧的本体、灵活的操作、人机协同的作业能力,又使得它能够迅速部署到劳动密集型的生产线上。仿人机械臂主要能解决现有工业机械臂重量大、负荷能力低、灵活性差、集成度低、安全性差等问题,可以广泛应用于家庭、医院等需要人机协作的场合及相关服务机器人领域。

  航天科技介绍,分拣机器人、慧眼机器人、仿人机械臂……这些航天领域的先进技术与人工智能深度融合的背后,都体现了我国“军民融合”在不断深入推进。航天科技肩负着富国强军的使命,而军民融合则是体现这一责任和使命的重要途径,以航天技术服务于民也是航天科技发展的必由之路。

  除了最新的各类机器人,航天科技的其他产品也在民用领域有着广泛应用。例如,航天科技下属六院11所研制的高端阀门连续在中石化、中海油和地方炼油市场输油管线项目中标,以更优的质量、更低的价格、更短的制造周期和更快捷的售后服务,击败全球最大的美国旋塞阀生产厂商,打破了其在中国输油管线市场的垄断局面,成为中国高端阀门市场的一匹“黑马”。

  发力商业航天

  在积极探索航天技术民用化的同时,航天科技还积极参与商业航天产业,加速推进我国航天产业的整体发展水平。

  经过多年发展,商业航天已成为世界航天产业发展的主要动力。据统计,截至2014年,世界航天产业产值为3300亿美元,其中商业航天占总产值的76%。在巨大的市场机会前面,近年来,欧美等国不断通过立法和政策扶持,加大对商业航天发展的支持。美国先后在通信、发射、遥感等领域颁布法案,向私营企业开放航天市场,并通过国家空间政策鼓励商业航天服务采购,促进航天军民融合。欧美等国纷纷成立航天商业化办公室,促进运载火箭等领域的技术转移,支持Ariane、SpaceX等公司参与国际市场竞争。

  在政府的扶持之下,欧美崛起了以SpaceX为代表的一批新兴商业航天企业,这些航天的“新生力量”带来了全新的思维方式、发展理念和商业模式,他们创新技术,降低成本,颠覆了航天发射、卫星应用等领域的传统发展模式。

  在我国,商业航天的发展也迎来了重大利好,政府不断出台政策助力商业航天的发展。2007年,国防科工委、国家发改委出台《关于促进卫星应用产业发展的若干意见》,加速卫星应用产业发展。2014年,国务院发布60号文件,鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星,提供市场化、专业化服务。2015年,国务院发布《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025)》,支持民间资本开展增值产品开发、运营服务和产业化推广。

  更为重要的是,国内商业航天需求也在不断增加。2014年,国务院发布《关于促进地理信息产业发展的意见》,明确把地理信息产业列入国家战略性新兴产业中。2014年,与商业航天息息相关的地理信息产业产值超过3000亿元,年增长率超过20%,2020年将达到8000亿元。

  同时,“一带一路”倡议的提出,也为我国商业航天发展拓展了更为广阔的前景。在这样的大背景下,航天科技也加快了在商业航天领域的脚步。航天科技介绍,公司未来将借力“一带一路”和双边多边合作机制,面向全球提供整星出口、发射服务、电信港建设、技术转让与培训、商遥数据出口、地面站建设、导航全球应用服务等商业航天一揽子解决方案。

  事实上,自上世纪90年代中国航天开始进行商业探索至今,航天科技研制的卫星已经成功打入国际市场,同多个国家累计签订了十余颗整星出口国际订单,其中尼日利亚通信卫星、委内瑞拉遥感卫星等六个整星出口项目已经成功发射,为其他国家研制的通信卫星等五颗卫星也将从今年开始陆续发射。

  2015年9月,航天科技还专门成立了商业遥感卫星公司,正式建设“16+4+4+X”0.5米级的高分辨率商业遥感卫星系统,为全球用户提供具备高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱观测能力的全天候对地观测遥感数据服务和应用系统解决方案服务,以及针对国土资源调查、测绘、国防安全、环境监测、金融保险以及互联网行业的增值服务。

  航天科技还透露,未来将通过创新商业航天服务模式,推出“太空车”计划、“太空星网”和“亚轨道飞行体验”等服务。航天科技表示,商业航天潜力无限,需要各行各业的有志之士一道开疆拓土,才能做大航天产业“蛋糕”。为此,航天科技在技术、产品、资本、基础设施以及市场等方面寻求全球开放合作,与各界一起分享中国航天几十年积淀的红利,并为中国航天事业的未来作出更大的贡献。

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