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遠望號40年“追星攬箭”背后的國防科大人

遠海大洋,遠望6號航天遠洋測量船正瞭望無垠星空,靜待北斗“收官之星”飛天完成海上測控。

為了探索星空,必須征服大海。為追星而生的“遠望七子”,始終深情凝望蒼穹,協助中國航天創造一個又一個奇跡,將中華民族的飛天夢播撒向星辰大海。中國航天的高度有多高,遠望號的航跡就有多遠,而國防科大人的身影,伴隨著中國崛起的進程,成為遠望號40年馳騁深藍的歷史中不可磨滅的記憶。

01

造“海上科學城”之“腦”

“以國家任務作為我們的最大使命。”說這句話的金士堯今年已經83歲。40年前,他乘著第一代航天遠洋測量船“遠望1號”,在遠征大洋的汽笛聲中揮別陸上官兵,和其余21名國防科大的戰友一道為執行“580”任務犁波耕浪、駛向深藍。

“580”,是我國首次洲際導彈全程試驗落點測量任務的代稱,那次由十幾艘艦船完成的遠航,是新中國成立以后海軍最大規模的遠洋軍事行動。為此任務登船的國防科大人主要負責執掌遠望號“大腦”,即151-3/4型百萬次雙機復合計算機系統。

“這個任務是慈云桂院士爭取來的。”金士堯回憶。將幾平方公里占地的測量基地塞進一艘兩萬噸級的輪船,遠望號因此有“海上科學城”之譽,它要馳騁浩瀚大洋,傳統的海圖定位方式不再適用,必須有一臺精密計算機完成計算、控制等諸多現代化測量需求,否則“海上科學城”出不了海。

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在遠望1號執行“580”任務的金士堯

這個關系到遠望號能航行多遠的關鍵“大腦”,最初并沒有打算交給國防科大負責。

1969年,有關部門召開關于測量船中心計算機方案研討會時,慈云桂剛從牛棚被放出來,由人看管著去北京參與此次會議,警告他“只需聽、不許發言”。會上的熱議方案是做晶體管計算機、研制單機系統,有專家說,現在國產集成電路不過關,100萬次機根本研制不出來,最多只能搞50萬次的。按照多數人的思路,似乎更符合當時國情,也相對容易達成,但考慮到當時國際上的主流研究方向和計算機出海后的可靠性、穩定性等問題,這絕非最佳方案。慈云桂坐在下面聽著,忍了又忍,終于把不準發言的規定拋之腦后,“呼”地站起來放了一“炮”:“我認為可以搞出100萬次。”當時慈云桂所在的“哈軍工”計算機系,與中科院計算所、華北計算所、華東計算所等國內計算機大院大所相比,只是一個“小弟弟”。慈云桂以當時學校研制的全集成電路魚雷攻擊指揮儀和441-B3型機舉例,證明“哈軍工”已經在集成電路、操作系統等方面有所突破。

講到最后,慈云桂把目光轉向國防科委領導:“這個任務讓我們‘哈軍工’計算機系干,你們給不給?”“為什么不給呢?”國防科委的領導當即表態,“這個任務就由你們干!”

就這樣,慈云桂把整個718工程的帶頭項目——“遠望1號”遠洋測量船每秒100萬次中心處理機研制任務給“搶”了回來。不巧的是,次年學校南遷,自哈爾濱搬遷至千里之外的長沙,計算機系被安置在一個原來屬于農機校的場地內,他們自己動手掃除養雞養鴨的房子、粉刷、拉電纜、發電……整整奮斗了兩個月,終于將它改造成實驗室,南方高溫潮濕,計算機靠木盆放冰塊降溫來減少運行問題。在這樣的條件下,他們完成了中心計算機即151機的方案、邏輯和工程化設計。

長沙當時沒有成熟的計算機生產制造廠,一群人背著圖紙北上,住在北京一個廠區臨時搭建的木板工棚內,冬冷夏熱,缺電少煤,在這里他們一住就是四年,且主動要求“給國家省錢”,出差補貼減半。1976年,151機好不容易進入調試階段,卻偏偏遇上唐山大地震,北京震感明顯,“我們眼看著前面工廠的一個大煙囪搖晃兩下,啪地攔腰折斷了。”這種情況下,平地上的矮小工棚相對樓房反而更安全,那時候有人因為余震而離京,但151機的研制者卻做出了“留下繼續調試”的決定。樓房搖晃起來,塵土沙沙往下掉,他們拿塊薄膜擋住機器,日夜不停堅持測試調機,直至完成生產任務。

1978年,151機的第二臺單機研制完成。此外,他們還將151機的所有集成電路和調控程序等相當于計算機“靈魂”的重要資料交給另一家科研單位,幫助他們較快研制出了遠望2號上的中心計算機。次年,在山東進行試驗試航任務時,金士堯等教員帶了20多名學生去,把約為七八個冰箱大小的151機抬上船,與船上雷達、雙頻、遙測等百余臺設備互聯成一體,使“大腦”能靈活指揮“軀干”。聯調任務完成后,這20多名學生便留在了遠望號上。

“可以說,這些學生就是為遠望號而生的。”參加聯調的張民選教授如此形容這些學生。這批75級的學員都是海軍軍人,他們來國防科大學習的目的只有一個——上船。有的學習硬件,有的鉆研軟件,一切所學都是為了在遠望號上執行中心計算機的操作、控制、維修等保障任務。“這批學生里,有好幾個后來成為了將軍。”提起這批手把手教出來的“遠望號學員”,金士堯等幾個教員頗為自豪。

1980年5月1日,勞動節當天,一個有紀念意義的日子,包括遠望1號、遠望2號在內的4艘測量船、6艘驅逐艦、3艘護衛艦以及補給船組成的特混編隊向浩瀚的南太平洋進發。22名國防科大人中,既有負責給“大腦”保駕護航的,也有負責保障“嘴巴”的。“遠望1號的顯示設備也是我們學校研制的,包括飛行曲線、機控顯示等等數據都要靠顯示設備‘表達’,相當于電腦顯示屏,它做得越好,大家工作起來就越輕松。”當時老四系的陳炳富等人,當時也隨之登船。22人風趣地給自己取名為“科大保駕隊”。

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出征遠洋的遠望1號船

初次航海,看海天一線、紅日初升,大家的心情激動而愉悅。但好景不長,出海不久,151機就出了問題,數據總是提前清零,大家試了增設開關、降級處理等多種辦法,十天內沒有一個人去甲板上透氣,睡不能入眠,食不能知味,沒日沒夜在機房攻關。隨著預定發射導彈的日期臨近,留給他們的時間一天比一天緊迫。每當有人來機房問“找出問題了嗎”,他們都感覺呼吸更壓抑一分,肩上的擔子更沉一分。

緊張的弦繃到極限,突然有人靈機一動:“這是雙機系統啊,為什么不讓機器自己給自己看病呢?”他們選擇其中一臺當“醫生”,另一臺當“病人”,現場復現抓隱患,終于發現困擾眾人十天之久的原來是一個軟件編程的小BUG!真相大白!大家無比興奮,十天以來第一次走上甲板,長長吐了口氣。

故障排除后,再沒有新問題出現。5月18日凌晨兩點,遠望號上燈火通明,進入八小時前的準備工作,“科大保駕隊”向指揮部報告:“遠望1號控制中心和中心計算機工作正常!”

一切準備就緒。機房空前寧靜,除了151機的風機嗡嗡聲和機械設備的咔咔聲,所有人只能聽見自己的心跳。突然,電波里傳來洲際導彈全程飛行試驗各測量臺準備完畢的信息。

“各號注意,一分鐘準備……5、4、3、2、1,牽動,開拍,起飛!”

遙遠的南太平洋看不到導彈從大西北拔地而起的壯麗,聽不見激動人心的轟鳴,但在國防科大人研制的顯示屏幕上,我國首次洲際導彈全程飛行試驗的實時軌跡一點點呈現。所有人不由自主屏住呼吸,心里描繪著導彈刺破蒼穹朝預定海域飛來的畫面。

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我國首次洲際導彈全程飛行試驗成功時

《人民日報》出版發行了號外

終于!耀眼的火球出現在編隊上空,遠望1號各監測設備先后發現目標并進行有效跟蹤,151機顯示了落點的正確時間和地點,引導飛機完成了打撈任務。

“洲際導彈資料倉回收完畢。”隨著這聲塵埃落定的報告,我國首枚洲際導彈全程飛行試驗成功,標志著我國擁有了自己的“核長矛”!在全船上下一片歡呼中,151機仍在靜靜打印著最后的測量資料。

七年之后,團隊因在“580”任務和“遠望號”中的研制工作榮獲兩項國家科技進步最高獎——特等獎。

02

為戰風斗浪保駕的“船醫”

“你們的東西早就裝上船了!”唐丙陽教授和課題組人員首次上遠望號調研的時候,船上官兵得知他們來自國防科大,笑容格外親切:“你們的系統很好用啊!”

這一幕發生在上世紀90年代,官兵口里的“系統”,是指十年前就在船上“服役”的151機,而這一次課題組,是來給遠望號送“醫生”的。

以蒸汽輪機作為推進主動力的遠望1號和遠望2號,動力艙的溫度常年在50℃以上,船上原本自帶的動力設備監測報警系統誤報率很高,被戲稱為“祖國山河一片紅”,派不上用場。一旦動力出問題,對于身處遠洋的遠望號來說,其故障很可能致命。機器不行,動力設備運行狀態巡檢任務全部落在機電部門的干部戰士身上。在波濤洶涌的大海中,悶熱狹窄的動力艙幾乎令人窒息,勞動強度極高,而且查找故障費時費力,急需一套可靠性高的故障檢測診斷系統。

當時801教研室的一個研究方向的就是故障診斷,一個偶然的機會,課題組老師得知了遠望號船的這個需求,便立馬奔赴基地交流對接,經過幾輪的調研論證和方案設計,終于拿下了該項目——遠望號測量船動力裝置巡回監測與故障診斷系統,首期經費不多,但大家都很高興:“我們是穿軍裝的,首當其沖就該為部隊服務!”

項目拿下,現實困難擺在眼前——滿足項目性能指標要求的專業化配套產品無法在當時的國內市場獲取。除傳感器外,系統的其他部分都得自行研發。因為系統必須趕在測量船維修的時候裝上去,而維修不等人,所以工期也非常緊。已接近退休年紀的唐丙陽教授,他用自己瘦削的身軀頂住壓力、沖在第一線。大家不分晝夜,沒有周末和節假日,在這樣緊張的全力攻關之下,1993年,第一期系統如期裝在船上。

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遠望號測量船動力裝置監測

與診斷系統顯示控制臺

起初,戰士們沒有把這個新來的“船醫”當回事。他們習慣了嗡嗡嗡亂報警的老系統,不相信“機器可靠”,還是照舊按照自己的辦法來。但是過了沒多久,值班戰士發現,“新醫生”似乎“醫術”高明!系統每次報警都很準確,誤報率極低,還有深入分析診斷功能,依靠此系統,他們能大大減輕勞動強度,從高強度的值班中被部分解放出來,去完成其他事務。

1994年,在澳星再發射任務中隨船保障的王寶和、陶利民等4名國防科大教員,得到遠望號官兵的熱情歡迎。教員們輪流值班,24小時都有人在船艙里“晃悠”,他們密切監視、親身感受監測診斷系統的運行情況,同時,不失時機深入機艙,掌握動力設備運行的“一手資料”,以便接下來進行改良和系統升級。

等待衛星發射時,遠望號靜靜停留在太平洋上,常年待在陸地上的教員很少能看見深海,那一次他們才知道,深海不如紀錄片中所展示的那樣蔚藍,而是“墨汁一般的黑”。枯燥、單調、無聊,吃的食物哪怕第一次覺得再好吃,吃了一個月之后也只會“想吐”。“我們只是待了一個月,遠望號的船員則是長年累月待在海上啊!”這次漫長的隨船保障,令教員們感慨萬千。

與此同時,口碑得到一致好評的“新船醫”,在1997年又進行了一次升級,二期系統加裝的傳感器多達幾百個,幾乎覆蓋了船舶動力系統的主要設備,并且采用分布式、模塊化、標準化設計,系統的可靠性和可擴展性都大大增強。二期系統分別在遠望1號和2號兩艘船維修之時加裝,出廠時都經歷了一次海上全面測試,即系泊試驗。系泊試驗檢測的就是船維修后的各項性能指標是否達標,其中也包括可靠性、環境適應性的全面考核,不避風浪,那次許多船上設備的相關研制單位科研人員都隨船保障,“一上去就倒下一大片”,碰到風大浪急時,別說常人受不了,“就連船上的老鼠都受不了”。在這樣煎熬的情況下,第二期系統經受住考驗,其分布式監控診斷的先進理念和設計使得之后再加裝其他系統很容易,于是,一直到遠望1號和2號退役,它們都兢兢業業行使著“治病”之責,項目成果也因此榮獲國防科工委科技進步一等獎。

03

擦亮定位大洋的“雙眼”

2020年5月的一天,剛剛執行完長征五號B型運載火箭發射海上測控任務的遠望5號航天測量船,向我校前沿交叉學科學院某教研室發來任務執行圓滿成功的喜訊。雖然老師們已經記不清是第幾次收到這樣的喜訊,但“胖五”的成功發射還是讓他們感到振奮和激動。

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“胖五”成功發射

該教研室承擔著為遠望系列航天測量船研制高精度船姿船位導航系統的任務,他們的系統使得遠望號遠征大洋的“火眼金睛”更加明亮,在深海行駛也如在自家后花園一般輕松自如,不至于迷路。中國衛星海上測控部某領導曾評價:“你們研制的船姿船位導航系統直接改變了遠望船的工作模式,這樣的成績卻是由一群平均年齡不滿35歲的年輕人取得的,不可思議。”

2019年10月,該教研室接到了遠望6號航天測量船高精度船姿船位系統的研制任務。雖然之前團隊已經成功為遠望7號、遠望3號以及遠望5號航天測量船研制了多套同類型系統,積累了較為豐富的經驗,但該教研室仍然從細節入手,以載人航天精神做事業,全身心投入到遠望6號系統的研制任務中去,“5+2”“白+黑”再次成為了團隊生活工作的常態。

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“追星攬箭”的遠望6號船

遠望6號系統在某次溫度試驗過程中姿態數據曾出現了一個小刺,有人認為這個小刺幅度不大,不影響系統精度,且在真實環境中不可能出現如此劇烈的變溫情況,可以不用考慮。但教研室主任鄭佳興認為航天設備無小事,堅持要查找出該問題的來源,于是大家一起加班加點、經過數日排查,該問題被準確定位并得以成功解決,類似現象在以后的試驗中未再出現。正是以這種精益求精的態度做事,遠望6號船姿船位導航系統裝船之后做到了零問題、零維護、零保障,精度指標遠優于規定要求。

今年正月,在疫情最嚴峻的時刻,該教研室的教員譚文鋒從山東老家乘坐飛機趕往江陰某基地,為即將到來的精度鑒定任務提前做隔離準備。每次新系統正式應用前,都需要對其性能和精度進行鑒定,此次遠望6號的鑒定任務落到了他頭上。飛機到達無錫后,基地派車接他前往江陰。由于疫情影響,雖然譚文鋒心里早有預期,但也沒想到這么嚴格,一路上經過多次嚴格檢查后,他被直接安置在隔離點接受隔離,最終在隔離點隔離了24天之后,于2020年2月20日順利登上遠望6號參加任務,負責試驗數據處理以及協助軟件操作等工作。

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譚文鋒(左一)與船員交流

遠望號船體巨大,正常情況下晃動很小。因此,一開始譚文鋒并沒有感覺不適。但任務期間需要開展一次船體升搖試驗,試驗過程中船體晃動幅度很大,人在走廊和宿舍無法站穩,那是他第一次感到不適,盡管吃了暈船藥,還是躺了一整天才漸漸恢復。

大海帶來的顛簸沒有被譚文鋒放在心里,對他而言,最震撼的是在太平洋遠航中,遠望6號恰好遇到執行任務歸來的遠望3號的那一刻,那是譚文鋒第一次見到遠望號之間“打招呼”的方式:船員們整齊列隊在甲板上,搖動旗幟,兩船互相鳴笛問好。譚文鋒感慨:“在茫茫大海之中見到親人的感覺真好。”

在執行鑒定任務期間,在船上的教研室老師堅守自己的崗位,經過連續8個晝夜的奮戰,慣導系統連續開機198小時。鑒定結果——系統精度遠優于規定指標,為后續海上測控任務的順利實施打下了堅實基礎。在任務即將結束時,船上光姿組組長邀請教研室老師做一次學術報告交流,讓船上相關崗位人員進一步了解該系統,便于后續操作使用,同時也讓老師了解船上的需求與存在的問題,便于今后對系統進行完善改進,這樣一個正反饋形式讓大家都受益良多。

目前,該教研室研制的導航系統已經完成了對遠望系列所有航天測量船的全覆蓋,系統精度及可靠性等方面得到了中國衛星海上測控部的高度認可,有力保證了“天宮”“神舟”“嫦娥”“北斗”“高分”等航天發射任務的順利實施。

從遠望1號到遠望7號,聲聲汽笛穿越40年時空,回響海天之間。國防科大人的足跡伴隨著遠望號行駛的航跡,在一次次追星攬箭中書寫下光輝的故事。

“敢于戰勝一切艱難險阻,勇于攀登航天科技高峰,讓中國人探索太空的腳步邁得更穩更遠,早日實現建設航天強國的偉大夢想。”

這是習主席在給參與“東方紅一號”任務的老科學家回信中,對航天工作者的殷切期望,也是每一個為遠望號的深藍足跡貢獻力量的國防科大人不竭奮斗的動力源泉。

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