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仰望星空, 与我设计的卫星心有灵犀

从技术规范的制定,到设计方案的执行,再到组装集成测试,直至卫星顺利入轨……从事卫星总体设计20年,杨芳设计研制了多种科学试验卫星及遥感卫星。

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杨芳   中国空间技术研究院所属航天东方红卫星有限公司型号总设计师

送一颗卫星上天,很诗意

“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”这是“航天之父”齐奥尔科夫斯基的名言,“是卫星带人类走出了地球摇篮,为人类认识宇宙和地球提供了可能。迄今为止,没有任何一种大气层内飞行器可以看到地球全貌,但卫星却能在一天之内把地球看上一遍,人类的活动半径扩大到了地球大气层之外,这就是卫星的魅力。”杨芳思维活跃,侃侃而谈,时而微微一笑,笑时一边一个深深的酒窝。眼镜片后的眼神灼灼有光……

卫星应用的普及让卫星不再高冷,越来越多的人开始关注卫星。2018年12月,杨芳做客“果壳网”,作为《我是科学家》的主讲嘉宾,为人们讲述卫星的故事。起初主办方与杨芳商量,希望她照顾一下听众口味,多讲点卫星的“花边”轶事——因为是高科技,怕观众听不懂而冷场。但杨芳认为,既然是科普,便要客观实际,要有“真货”。况且她在中国空间技术研究院为研究生授课多年,面对不懂卫星的人,她知道对方想听什么,怎么讲才听得懂。

演讲题目很诗意:《送一颗卫星上天,帮忙关照地球家园》。杨芳先从卫星的英文单词讲起。卫星,satellite,源自于拉丁语,含义是“一个很强大的主人的附属者或仆人”。她把卫星比作地球的仆人,而人类创造了它,所以它也是人类的仆人,由人类和地球双双控制。

那么,这个仆人能做什么?主人如何管理它?怎样设计一颗理想的卫星?杨芳抛出一个个充满诱惑的问题,又用一个个独特的比喻加以解释。妙趣横生的演讲令台下掌声四起,主办方很兴奋:“没想到现场气氛这么好!”听众一片称赞:“深入浅出,就连卫星菜鸟也能听懂,太长知识了。”

因为工作要求,杨芳通常是做“幕后英雄”,但这场生动活泼的科普演讲却让她由幕后走到台前。更多观众通过线上直播认识了这位卫星总体设计师,而在她美丽的外表和生动鲜活的卫星故事背后,是她更令人敬佩的不凡业绩:同参与研制中国第一颗人造卫星的胡其正研究员一起编写了《宇航概论》,该书被列为我国空间飞行器设计专业研究生的基础教材;20年的从业经历让她成为资深卫星设计师,设计研制了我国第一代环境与灾害监测小卫星;设计论证了我国第一颗地震监测卫星“张衡一号”以及用于日地空间关联观测的“夸父计划”等多种科学实验卫星……

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杨芳的科普演讲生动形象, 深受孩子的欢迎

与卫星结缘,很幸运

有人曾问过杨芳一个有趣的问题:天上飞着自己设计的卫星,会不会时常仰望星空?杨芳想了想:“好像没那么浪漫,况且即使仰望星空也看不到卫星。”然而她又笑着补充了一句:“但我知道它在哪儿,我们彼此心有灵犀。”

并非从小就有航天志向,用杨芳的话讲,“我就是一个成绩不错的理科生,结缘卫星是一个渐行渐近的过程。”

1996年,在哈尔滨工业大学计算力学研究生毕业的杨芳,考入中国空间技术研究院攻读博士,直到此时,她的卫星专业知识仍然是零。“我的博士课题是载人航天交会对接,从此开始接触航天器设计,但主要涉及其中的撞击动力学这一非常窄的领域。”

两年后,博士在读的她被公派到国际空间大学读夏季班。国际空间大学是一所全球性、跨学科、创新型的国际空间科学教育机构,总部设在法国。那年的夏季班在美国克利夫兰举办,在那里她才真正开始接触卫星设计。夏季班从6月到9月,学期非常短,课业非常重。从小到大都是学霸的杨芳学习一直很轻松,高考都没熬过夜,读研读博也是水到渠成。但空间大学的严格考试却让她不得不挑灯夜战,“经常熬到凌晨一两点钟,从来没那么拼过。”

博士毕业后,杨芳进入卫星总体设计室工作,“很幸运,与许多前辈在一起,得到了不少顶尖航天学者的指导,其中不乏中国两弹一星功勋科学家。”2002年,国家批准立项研制由陈芳允院士提出的“环境和灾害监测小卫星星座”,杨芳因此首次参与到卫星的总体设计。

当年在美国读夏季班时,她曾接触到一本全方位介绍航天技术知识的大部头教材:Keys to Space《太空之钥》。杨芳把这本教材带回国内,时任空间技术研究院教授的航天专家胡其正研究员认为这本教材很好,便请杨芳做自己的助教负责翻译,并合作编写国内培养航天人才的教材。“写教材不容易,若给人一杯水,自己需先有一桶水。正所谓教学相长,那是一个系统学习的过程。”

彼时杨芳刚刚有了孩子,白天工作晚上带孩子,忙得团团转。“每晚早早地就哄孩子睡觉,我也跟着一起睡,等九点十点孩子睡熟后,我再爬起来研究教材。”翻译、查资料、阅读国内当时已有的航天基础教材……她边记、边学、边译、边讲,利用业余时间在Keys to Space的基础上完成了厚厚的《宇航概论》初稿。之后又开始做项目,由“演练”变为“实操”。2007年杨芳任职航天东方红卫星有限公司研发中心主任,成为团队技术创新带头人,此时的她已经历练成为卫星设计专家。

回顾20年的从业经历,杨芳只用四个字概括:学习,创新。学习从模仿国外和国内的先进技术及经验开始,但模仿到一定阶段,必须加入自己的东西,即为“创新”,这也是设计的魂之所在。“比如光学遥感卫星最重要的图像几何定位精度,过去我们做不好,总是羡慕国外卫星的指标。后来我们沉下心来,认真从原理上分析这一指标的影响因素,不再盲目跟随所谓的‘成熟技术路线’,反而找到了解决的方法,这就是创新。”

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杨芳的工作要伴随卫星的“一生”

发射卫星像送孩子出远门,很挂念

“坦率地讲,我喜欢做富有挑战的事。要做一颗好的卫星,从设计、研制、组装、测试方方面面都需要洞悉,探索无穷无尽。也许正因为存在着许多未知,能够满足人的好奇心并激发求知欲,卫星才如此令人着迷。”

在常人看来,卫星设计高难艰深,但对杨芳来说,设计难,验证更难。航天是高风险高投入行业,千辛万苦做出来的卫星一旦升入太空便遥不可及,由此带来的最大遗憾是没有纠错机会。错了,便意味着失败。

当然,人类还没有完全掌握卫星设计的科学规律。前不久,美国最昂贵的一颗商业遥感卫星也在轨失效。作为卫星设计人员,要想避免失败,在卫星上天之前就要一遍遍地验证。卫星不是一般的产品,汽车,可以在各种路况上验证它的性能;冰箱,可以用制冷速度和制冷量验证它的质量。可卫星在地上与在天上的情形完全不一样,它真正的工作环境是地球表面所不具备的,而且有些太空环境在地球上也没办法模拟,因此大部分验证都需要通过特殊装置来完成。

验证难,而卫星设计的每一步又都需要验证,这让杨芳养成了做事精细量化的习惯。不过这种习惯仅限于工作,工作之外的她大大咧咧,生活中常常去繁就简,为什么呢?杨芳略一思忖:“好像我是在故意回避。工作越严谨,越希望生活放轻松。我不想把工作习惯带到生活中来,那样太累了。”

不过杨芳喜欢自己的工作,与卫星朝夕相处,对卫星也多了一份情感。卫星发射前通常要罩上整流罩,保护它在冲出大气层时不会受到大气干扰。白色的整流罩上缠着红色的警示带,像给卫星裹了一件严实的大衣,如同给出门的孩子穿上外套,“那一刻,卫星就像自己的孩子,每次卫星发射,就像送‘孩子’出远门……”

杨芳这样描述“送一颗卫星上天”的流程:首先根据客户需求分解卫星技术指标,进行卫星轨道与总体设计;然后研制卫星的星上产品,同时进行地面测试;待卫星总装调试完成,再模拟空间环境实验,确保卫星达到理想状态;最后卫星发射入轨,正式交付客户使用。不过且慢,此时任务并没结束,还要对卫星连续跟踪,直至卫星寿命结束。实际上,杨芳的工作要伴随她设计的卫星“一生”。

为卫星璀璨的未来,很执着

杨芳坦率,喜欢直来直去,从来也不装,不明白的事一定要弄清楚。刚刚接触卫星时,她常常问一些“小儿科”问题,但她觉得不丢人,因为谁都会经过菜鸟阶段。

杨芳很执着。做一颗卫星少则两年,多则十年八年,长期的“蛰伏”必须耐得住寂寞,坐得住冷板凳。没有人不渴望成功,然而从1957年第一颗人造卫星发射,迄今已经六十多年,人类只将五千多颗卫星送入太空,目前在轨工作的只有两千多颗。发射失败、在轨失效的概率要远高于汽车、飞机等其他系统产品,所以做卫星还要面临失败的考验。

杨芳说她做人做事的个性是受妈妈的影响。小时候妈妈经常告诉她,女孩子不要总想着打扮自己,要把心思用在学习上。“所以我从小就像假小子,从没留过辫子,直到现在依然习惯短发。”

杨芳从小成绩优异,立志要上清华。然而命运与她开了个玩笑:高考失利,她被录取到江西一所普通高校。对杨芳来说,这是人生的滑铁卢,而一向严格的妈妈此时却鼓励她:没关系,是金子总会发光的!

大学读的是理工科,班上的女生寥寥无几,杨芳的成绩更是一枝独秀,是大家羡慕的学霸。大一时有门课是画法几何和机械制图,老师指着课堂上仅有的四名女生说:这门课女生补考最多。结果杨芳次次都考满分,“我就不相信我学不好。”在男性主导的领域里,真就没有性别差异吗?对此杨芳并不否认,但她从妈妈那里得到的教育是:男孩能做的,女孩一定也能做。她向女性朋友呼吁:“不要觉得自己不行,其实你可以。只要努力,完全有可能打破天花板。”

一直做卫星总体设计的杨芳,仰望星空让视野更辽阔,才能也更多元。卫星是特殊产品,客户当然也很特殊,如气象卫星客户是国家气象局,环境卫星客户是国家减灾委,地震监测卫星的客户是国家地震局……杨芳在与这些特殊客户打交道中,强化社会责任感。“某些方面客户比我懂的多,因为他们知道要用这个卫星干什么;有些方面我比客户懂的多,因为我更了解卫星在天上是怎么工作的,能不能实现客户的要求。”同时,她也更热衷卫星的科普工作。

2014年,杨芳加入九三学社,工作之余成为学社活动的参与者和倡导者。2018年,她联合两名社友共同提出“小科学大梦想”科普公益活动,为孩子们作科普演讲,“从小让孩子建立太空的概念,培养航天的兴趣,播下科学的种子,这是意义重大且深远的事,因为他们是中国航天的未来。”

如今卫星应用越来越广泛,比如GPS定位导航、时时更新的天气预报、不间断播出的卫星电视……不久的将来,人们通过手机便可使用遥感卫星,身在任何地方的人都能轻松拍一张家乡的卫星照。“随着卫星设计研制技术的日臻成熟,我们也在力求降低卫星制造成本,做既便宜又好用的卫星。这是我们努力的方向。”比如GPS定位导航、时时更新的天气预报、不间断播出的卫星电视……

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责任编辑:张素军
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