神十飛天，清華助圓航天強國夢
●新聞中心記者 高原
6月26日8時7分許，經(jīng)過15天的太空之旅，搭載著3名航天員的神舟十號飛船順利返回地面。神舟十號載人航天飛行任務(wù)，是我國載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略第二步第一階段的收官之戰(zhàn)，對鞏固和完善空間交會對接技術(shù)、推動空間實驗室和空間站建設(shè)具有重要意義。
特別值得一提的是，神舟十號此行還開展了中國首次太空科普教育活動，通過天地互動形式，展示了在失重環(huán)境下許多奇特的物理現(xiàn)象，為全國的中小學(xué)生上了一堂別樣的“太空物理課”，成為此次太空之旅的“點睛之筆”。我校航天航空學(xué)院教師高云峰參與了太空授課的全程準(zhǔn)備工作。
此外，我校航天航空學(xué)院教師寶音賀西、由小川、李路明、任革學(xué)、陸秋海、李俊峰、莊茁、胡春華，宇航技術(shù)研究中心陸建華、匡麟玲、郝紅偉、馬伯志、殷柳國、詹亞鋒、孫滌清、賴元東、蘇明以及電子系、精儀系、機械系等多個院系所參與的跨院系科研團隊，在軌道運行、航天員健康檢測、交會對接、強度與壽命、直升機載寬帶中繼衛(wèi)星通信系統(tǒng)等方面做了大量原創(chuàng)性的科研工作，在研制神舟八號、神舟九號等我國航天事業(yè)的關(guān)鍵歷史節(jié)點作出了重要貢獻(xiàn)，此次在神舟十號飛行任務(wù)中繼續(xù)發(fā)揮著重要的科技支撐作用。
上好最“高”的一課
“大家好！我是王亞平，本次授課由我主講。”6月20日上午10點，當(dāng)神舟十號女航天員王亞平身著藍(lán)色宇航服出現(xiàn)在“地面課堂”的大屏幕上時，這場人類歷史上課時最長、收看人數(shù)最多、科技含量最高的太空授課正式開講。我校航天航空學(xué)院副教授高云峰作為此次太空授課幕后策劃者之一，與6000萬名“地面課堂”的師生們共同見證了這場地球與300多公里外太空的實時連線課程。“當(dāng)時的心情既緊張興奮又略有忐忑不安，雖然經(jīng)過多次的討論和相當(dāng)充分的準(zhǔn)備，但太空授課仍有許多不確定的因素，我們期待著航天員的精彩表現(xiàn)，還有同學(xué)們眼中探索太空奧秘的火花。”高云峰說。
太空授課最早可以追溯到2007年8月14日美國教師芭芭拉·摩根在國際空間站進(jìn)行的太空首講。在25分鐘的課時里，她通過視頻向?qū)W生們展示了在太空運動、喝水等情形。此次由王亞平主講的太空授課，不僅課時達(dá)到51分鐘，而且不同于簡單地介紹和演示太空生活，還增加了許多神奇的實驗講解物理學(xué)的基本理論，在科技含量上有了很大提升。
“我們在神九發(fā)射時就產(chǎn)生了太空授課的想法。航天發(fā)展對于我們的社會和普通老百姓的生活到底帶來哪些影響？太空授課正是展示太空環(huán)境、為社會服務(wù)的一種途徑和嘗試。”高云峰介紹說。
繼神舟五號實現(xiàn)首次載人航天飛行、航天員楊利偉與家人進(jìn)行音頻對話，以及神舟九號航天員景海鵬、劉旺、劉洋首次與地面成功進(jìn)行雙向視頻對話后，神舟十號無疑是開設(shè)太空授課的最佳契機。
“太空授課的準(zhǔn)備工作是一項非常艱巨的任務(wù)，在歷時半年多的時間里，專家組經(jīng)過了多次討論，最終以安全性、科學(xué)性、趣味性、普適性為原則，確定了質(zhì)量測量、單擺運動、陀螺運動、制作水膜和水球等7個實驗，并最終展現(xiàn)了其中5個。”在清華開設(shè)公共選修課“趣味力學(xué)實驗與制作”的高云峰還發(fā)揮道具制作的特長，不僅高效率地僅用兩天時間趕制出了所有道具原型，還在課堂腳本、試講等方面完成了許多具體的工作。
“你能看到的所有細(xì)節(jié)都經(jīng)過了仔細(xì)的考量。”高云峰說。“無論是太空教室的背景環(huán)境，道具的大小、顏色、重量，航天員的分工、站位，還是充滿文學(xué)性的語言表達(dá)方式等，都經(jīng)過了反復(fù)討論與研究；但仍然存在一些不確定的因素，因為地面沒有試講所需要的失重環(huán)境，航天員只有到太空實際操作后，才能確定做哪些實驗、用哪個道具，地面上的演練只能算是‘紙上談兵’。”為確保萬無一失，專家組制定了一系列備案，包括為實驗排序，要求航天員聶海勝、張曉光同時備課等，甚至細(xì)致到為“水球試驗”準(zhǔn)備直徑5cm~10cm大小不等各種尺寸的環(huán)形道具。
這堂名副其實的最“高”一課猶如航天科技為人們獻(xiàn)上的一份充滿驚喜的禮物。當(dāng)王亞平往晶瑩剔透的水膜中不斷注水，水膜逐漸加厚形成飽滿的、美輪美奐的水球時，她微笑的倒影呈現(xiàn)在水球的表面，猶如“魔法”一般為同學(xué)們打開了一扇科學(xué)的奇幻大門。“太空授課的意義，在于它是一次展示中國和平利用太空資源的重要嘗試，是將航天技術(shù)服務(wù)于社會的很好的開始；對于學(xué)生們來說，是一次播撒科學(xué)的種子、啟迪探索太空的窗口；對于老師們來說，也是改革教學(xué)方式方法的一次契機，思考如何利用身邊的工具和材料把課堂上的知識變得鮮活生動起來，更容易為同學(xué)們所接受。”高云峰說。
為了千年之“吻”
“與神舟八號、神舟九號的試驗性飛行不同，神舟十號開創(chuàng)了中國載人航天應(yīng)用性飛行的先河。”6月11日，中國載人航天工程新聞發(fā)言人武平表示：“全面掌握空間交會對接技術(shù)是建造和運營空間站的前提。與前兩次任務(wù)相比，神舟十號很重要的工作是驗證和鞏固交會對接技術(shù)。此前，僅進(jìn)行了三次自動交會對接和一次手動交會對接，還需要更多飛行試驗的考驗。”
從2006年開始，由航天航空學(xué)院副教授寶音賀西負(fù)責(zé)，龔勝平、蔣方華、李俊峰等教師以及多位博士生組成的團隊承擔(dān)起了交會對接分析計算軟件的開發(fā)工作，確保了天宮一號和神舟八號飛船的順利交會，以及神舟九號、神舟十號的交會對接任務(wù)。此外，航天航空學(xué)院任革學(xué)教授和陸秋海教授等人帶領(lǐng)的課題組也參與到空間交會對接技術(shù)的研發(fā)過程中。
交會對接技術(shù)是組成未來空間實驗站的關(guān)鍵，也是舉世公認(rèn)的航天技術(shù)難題。天宮一號與神舟飛船的對接，就如同一次浪漫的“太空約會”。哪怕有一秒鐘的延遲，都會錯失戀人相見的寶貴機會。只有瞬間交會，才能“情定太空”。此次，神舟十號飛船在軌飛行期間，與天宮一號順利完成了兩次“深情擁吻”。
“從2011年神舟八號與天宮一號進(jìn)行兩次交會對接，到2012年神舟九號與天宮一號對接、分開、再對接，再到此次神舟十號與天宮一號繞飛、完成兩次交會對接，我們可以從實踐上證明交會對接技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，這為我國未來在2020年前后建造空間站起到了重要的、基礎(chǔ)性的科技支撐作用。”寶音賀西表示說。
此外，在天宮一號發(fā)射前，航天航空學(xué)院莊茁教授和由小川老師帶領(lǐng)博士后買歌菲熱提和研究生胡盈輝在天宮一號艙體的強度和預(yù)期壽命方面進(jìn)行了大量的研究工作，充分考慮艙體在生產(chǎn)制備、運輸?shù)跹b、發(fā)射入軌和在軌服役階段所處的不同環(huán)境和工況，為艙體的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計方案提供了扎實的應(yīng)用性研究成果。
護(hù)衛(wèi)生命與安全
為了探索航天員長期駐留太空的醫(yī)學(xué)變化規(guī)律，并對各種健康問題采取防護(hù)，同時滿足他們作業(yè)訓(xùn)練的需求，根據(jù)中國航天員中心的需要，由航天航空學(xué)院李路明教授帶領(lǐng)的團隊研發(fā)了國內(nèi)首創(chuàng)航天員健康監(jiān)測產(chǎn)品——質(zhì)量測量儀、神經(jīng)肌肉刺激儀、生理信號測試盒和動態(tài)心電數(shù)據(jù)讀取裝置等設(shè)備，這批設(shè)備隨天宮一號發(fā)射升空，此次在神舟十號載人飛船上被航天員在太空中使用。其中質(zhì)量測試儀還作為教學(xué)示范工具，出現(xiàn)在太空授課的講堂上。
這一系列科研產(chǎn)品由李路明和團隊成員、宇航技術(shù)研究中心郝紅偉、馬伯志，航天航空學(xué)院陸秋海、胡春華、任革學(xué)，精儀系劉瑩，基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心李雙壽等人從2006年起歷時5年研發(fā)，通過幾百次實驗和測試最終完成，集成了精儀系、機械系、美院工業(yè)設(shè)計系、基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心等我校多個學(xué)科的優(yōu)勢資源。
“航天事業(yè)的發(fā)展，需要多方力量擰成一股繩，單槍匹馬成不了事。跨院系、多部門協(xié)同作業(yè)，集合各自優(yōu)勢力量，團隊精神在我們的科研工作中發(fā)揮了重要作用。”李路明說。“隨著神十的發(fā)射成功，我們距離建立空間站的目標(biāo)越來越近了。空間站的建立，對于航天員在太空環(huán)境長時間生存提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。未來，我們還將在生命信號無線測試盒的研發(fā)，以及在腦科學(xué)與神經(jīng)科學(xué)的交叉領(lǐng)域解決航天員疲勞飛行等問題做進(jìn)一步的研究。”
6月26日，神舟十號安全返航。通過中央電視臺的實況轉(zhuǎn)播，全國人民都清晰地見證了這一重要時刻。我校宇航中心陸建華教授團隊研制的直升機載寬帶中繼衛(wèi)星通信設(shè)備及技術(shù)承擔(dān)了返回艙搜救視頻傳輸?shù)闹匾蝿?wù)。
該通信終端克服直升機旋翼遮擋等一系列困難，通過中繼衛(wèi)星建立穩(wěn)定的通信鏈路，實現(xiàn)了北京航天飛行控制中心與著陸搜救直升機間的實時雙向?qū)拵ㄐ牛ㄟ^現(xiàn)場高清視頻信號的回傳，保障了搜救工作的順利進(jìn)行以及中央電視臺的現(xiàn)場直播。
該通信設(shè)備在2011年神舟八號飛行任務(wù)中實現(xiàn)首次應(yīng)用，傳輸信號在中央電視臺進(jìn)行的實況轉(zhuǎn)播中表現(xiàn)優(yōu)異；并在2012年神舟九號任務(wù)中成為主用設(shè)備。今年它再次成功完成神舟十號返回搜救保障任務(wù)。
該通信設(shè)備及技術(shù)由我校宇航技術(shù)研究中心與航天航空學(xué)院、信息技術(shù)研究院聯(lián)合研制，團隊成員包括宇航技術(shù)研究中心匡麟玲，信息技術(shù)研究院倪祖耀，宇航技術(shù)研究中心孫滌清、殷柳國、詹亞鋒、賴元東、蘇明，電子系葛寧、王海林、裴玉奎等教師以及部分研究生。
與此同時，陸建華團隊繼續(xù)與相關(guān)單位合作，開發(fā)研制了特種衛(wèi)星移動通信手持終端（衛(wèi)星手機），并在本次神舟十號返回任務(wù)中成功應(yīng)用，為無地面移動通信覆蓋的荒漠區(qū)域提供了即達(dá)即通、穩(wěn)定可靠的特種移動通信支持。
譜寫清華人的“航天夢”
神舟十號任務(wù)的圓滿完成距離航天員楊利偉乘坐神舟五號飛船首飛太空恰好10年。這期間，先后有10名中國航天員進(jìn)入太空。10年10次10人，中國人的“航天夢”正在一代代航天人的努力下逐步照進(jìn)現(xiàn)實。
從中國第一艘無人試驗飛船神舟一號酒泉起飛在太空“精彩亮相”到神舟五號載人飛船太空首飛21小時，從神舟八號與天宮一號目標(biāo)飛行器成功對接到神舟十號開創(chuàng)中國載人航天的應(yīng)用性飛行先河……中國航天事業(yè)的發(fā)展始終牽引著清華人不斷追求卓越、科技報國的拳拳之心，他們以自己的智慧和責(zé)任在中國邁向空間時代的堅實步伐中做出了大量原創(chuàng)性的科研工作，不僅出色地完成了航天部門交付的科研攻關(guān)任務(wù)，更為中華民族的航天強國夢作出了清華人自己的貢獻(xiàn)。
在質(zhì)量測量儀項目進(jìn)度最緊張的時候，精儀系劉瑩高燒40度仍然堅守在車間測試分析；在動力學(xué)與振動研究所進(jìn)行質(zhì)量測量儀氣浮臺地面試驗時，每天空氣壓縮機的噪聲震耳欲聾、持續(xù)數(shù)月，陸秋海和研究所的師生們知道是為載人航天服務(wù)毫無怨言、全力支持；在地面上通過氣浮抵消重力進(jìn)行驗證測試時，陳榮敏等多名研究生承擔(dān)起試驗者的角色，每次試驗下來頭昏腦脹惡心反胃，下次試驗照樣搶著上。“在清華學(xué)習(xí)的十年，是我快速成長的十年。看到我們研發(fā)的科技成果服務(wù)祖國的航天事業(yè)，真是感到無比自豪。‘自強求上進(jìn)，厚德以報國’，我想每個清華人都應(yīng)該為祖國和人民獻(xiàn)出自己的一份力量。”航天航空學(xué)院2012屆博士生嚴(yán)輝畢業(yè)后來到北京理工大學(xué)做博士后，立下科研報國志向的他十分感謝母校對他的培養(yǎng)。
現(xiàn)為中國空間技術(shù)研究院研究員、天宮系統(tǒng)總指揮，曾榮獲2011年載人航天突出貢獻(xiàn)個人獎的王翔，動情地回憶起自己從清華畢業(yè)后到載人航天總體部工作的一段故事。那時正好是2008年國慶期間，他剛剛完成神七飛控任務(wù)，跟隨車隊去昌平火車站接返回艙。當(dāng)車一駛進(jìn)八達(dá)嶺高速，沿途的許多車認(rèn)出了他們車上的神七標(biāo)志。從昌平到唐家?guī)X，一路上無數(shù)的車看到他們后鳴笛、減速跟隨著，無數(shù)相機和手機從車窗里伸出來，無數(shù)雙手向他們招手致意……那一刻，他深深地被那種氛圍感染了，不禁熱淚盈眶，自豪之情油然而生。王翔說，從那時起他第一次感受到“事業(yè)”二字給人帶來的力量，感悟到航天就是自己為之奮斗而無怨無悔的終身事業(yè)，理解了清華航天人身上肩負(fù)的那份沉甸甸的責(zé)任與使命。
近年來，航天航空學(xué)院積極將科技優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為人才培養(yǎng)優(yōu)勢，不斷明確就業(yè)引導(dǎo)理念，將“上大舞臺、成大事業(yè)、有大作為”的導(dǎo)向貫穿于人才培養(yǎng)、就業(yè)引導(dǎo)工作的全過程。例如通過邀請長征二號F運載火箭總設(shè)計師荊木春為本科生上“航天器總體設(shè)計”課等一系列“引進(jìn)來，走出去”的就業(yè)引導(dǎo)工作，鼓勵同學(xué)們盡早樹立投身祖國航天航空事業(yè)的偉大理想。
據(jù)統(tǒng)計，航天航空學(xué)院90%以上的畢業(yè)生選擇到國家重點行業(yè)和領(lǐng)域工作，其中絕大部分選擇到航天、航空、航海和國防部門。從老一輩以王永志院士為代表的清華航天人，到新世紀(jì)以來以天宮系統(tǒng)總指揮王翔為代表的新清華航天人，無論是在運載火箭領(lǐng)域、衛(wèi)星領(lǐng)域還是在發(fā)射基地，都活躍著眾多清華人為國家的航天事業(yè)辛勤耕耘、默默奉獻(xiàn)的身影，未來他們還將秉承清華人愛國奉獻(xiàn)的傳統(tǒng)，在西昌、在太原、在酒泉、在北京，在浩渺無垠的遙遠(yuǎn)太空，繼續(xù)譜寫清華“航天強國夢”的壯偉篇章。
來源：新清華 2013-06-28 第1923期
