4月24日是中國航天日。當(dāng)每一個(gè)航天器在國人歡呼中穩(wěn)穩(wěn)著陸時(shí)，背后都有無數(shù)人默默的努力和奉獻(xiàn)。23日，新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者走訪了專注研究飛行器起落裝置的聶宏教授，從飛機(jī)起落架研究起步，他由“空”轉(zhuǎn)“天”，10年來服務(wù)嫦娥系列、天問一號(hào)、天宮一號(hào)等國家多項(xiàng)重大航天型號(hào)任務(wù)，助力我國航天器站得更“穩(wěn)”，對(duì)接更“準(zhǔn)”。
早上9點(diǎn)，在南京航空航天大學(xué)航空學(xué)院C20實(shí)驗(yàn)室，聶宏與幾位青年教師和博士生們站在實(shí)驗(yàn)臺(tái)前，分析目前進(jìn)行的一項(xiàng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該如何優(yōu)化。不遠(yuǎn)處，2022級(jí)博士生史夏正處理飛行器起降裝置的著陸緩沖試驗(yàn)，分析惡劣工況下的地面載荷分布。
飛行器起降裝置研究可以說“小眾”，1990年6月，聶宏完成題為“起落架的緩沖性能分析與設(shè)計(jì)及其壽命計(jì)算方法”的學(xué)位論文，獲得南航工學(xué)博士學(xué)位，成為我國第一位飛機(jī)起落架研究方面的博士學(xué)位獲得者，從此，他開始了30多年飛行器起落裝置的相關(guān)研究。
截至目前，全國高校中也只有南航這一支專門研究航空航天飛行器起落裝置的團(tuán)隊(duì)。領(lǐng)域雖小，卻又很關(guān)鍵。任何需要著陸落地的飛行器，都需要起落裝置。通俗地講，飛機(jī)、直升機(jī)的“起落架”，在航天器中就叫“著陸腿”，技術(shù)、原理均有一定相通之處。
當(dāng)然，與航空器有起落架不同，航天器著陸技術(shù)還要面臨地外天體的惡劣環(huán)境，“比如說咱們民航客機(jī)起落架用的是傳統(tǒng)油氣式緩沖器，這在航天環(huán)境中根本不敢使用。”聶宏介紹，航天著陸器沒有長長的跑道來緩沖滑跑，還有可能面臨崎嶇溝壑，造成著陸腿著陸時(shí)間不一、沖擊力分布不均勻，加上真空、溫度變化等多因素影響風(fēng)險(xiǎn)很大。
越是艱難，越要挑戰(zhàn)。盡管一直研究的是飛機(jī)起落架，但聶宏一直關(guān)注國家探月工程，他敏銳意識(shí)到在“繞、落、回”三步走中，“落”月的一個(gè)關(guān)鍵問題就是起落裝置?！白鳛閲鴥?nèi)少有相關(guān)研究積累的團(tuán)隊(duì)，我們必須主動(dòng)出擊?！痹诒臼兰o(jì)初，聶宏就開始相關(guān)領(lǐng)域的研究和地面試驗(yàn)，并與相關(guān)負(fù)責(zé)單位多次對(duì)接。2006年，探月工程第二階段“落”的預(yù)研工作啟動(dòng)后，當(dāng)任務(wù)牽頭單位中國空間技術(shù)研究院和上海航天技術(shù)研究院找到南航時(shí)，雙方一拍即合。
加入航天領(lǐng)域，在聶宏看來，是一份沉甸甸的榮譽(yù)，也是時(shí)代賦予的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
自嫦娥三號(hào)起，聶宏團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了著陸緩沖機(jī)構(gòu)柔性體建模和著陸沖擊計(jì)算等任務(wù)，設(shè)計(jì)了多種月球及火星、小行星著陸緩沖機(jī)構(gòu)，揭示了著陸緩沖系統(tǒng)組合緩沖吸能機(jī)理及系統(tǒng)能量傳遞規(guī)律。
“通俗地說，就是通過特別設(shè)計(jì)的緩沖機(jī)構(gòu)，以及緩沖機(jī)構(gòu)內(nèi)填充的吸能材料，讓著陸器在著陸過程中，有足夠的緩沖能力，從而讓它穩(wěn)穩(wěn)地‘站’在月表?！苯Y(jié)構(gòu)和材料的迭代創(chuàng)新，讓團(tuán)隊(duì)采用的著陸緩沖系統(tǒng)組合比國外同類產(chǎn)品的效率高出不少，他也因此榮獲“探月工程嫦娥四號(hào)任務(wù)突出貢獻(xiàn)者”稱號(hào)。
談起航天領(lǐng)域的研究經(jīng)歷，聶宏說的高頻詞是“歸零”。聶宏表示，這并不代表過程多坎坷，恰恰因?yàn)榈孛嬖囼?yàn)盡可能的細(xì)致，才讓每一步研究走得更穩(wěn)。
僅是模擬月壤這個(gè)環(huán)節(jié)，大家就費(fèi)足腦筋，起初找來很多材料都并不理想。但如果相關(guān)物理參數(shù)不精確，那么會(huì)影響“著陸腿”的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，“最后在很偏遠(yuǎn)的地方找到了適合的火山灰?！甭櫤陮?duì)學(xué)生說，相對(duì)于航天工程那些大型試驗(yàn)，我們這些“小試驗(yàn)”的麻煩不算什么，“每個(gè)細(xì)節(jié)都一絲不茍，才能‘站’得穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)”。
青年教師王宸記得，在團(tuán)隊(duì)與中國空間技術(shù)研究院合作的一項(xiàng)載人登月預(yù)研課題的仿真分析中，四條“著陸腿”中有一條與其他三條存在幾牛頓的微小差值，“在理想情況下，四條腿緩沖力應(yīng)是完全一致，聶老師說再細(xì)微的差值，對(duì)后期實(shí)驗(yàn)結(jié)果來說也是絕對(duì)性的，絲毫不能馬虎。為此，他又帶著我們多花了兩個(gè)月時(shí)間進(jìn)行深入分析與修正”。
這種對(duì)細(xì)節(jié)的執(zhí)著，不僅體現(xiàn)在研任務(wù)中，也體現(xiàn)在前沿探索項(xiàng)目中。王宸記得，在跟隨聶宏老師進(jìn)行國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目研究時(shí)，針對(duì)新型磁流變液緩沖器的具體設(shè)計(jì)與緩沖性能分析問題，其性能可否滿足月球極端環(huán)境的具體著陸要求，“具體到適用的著陸區(qū)域、進(jìn)入減速與著陸流程時(shí)間、新型緩沖器能否適應(yīng)月表的溫度變化，真的是每個(gè)細(xì)節(jié)都在‘摳’準(zhǔn)”。
隨著我國航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展，聶宏團(tuán)隊(duì)也在更多的方向上開展前沿探索。比如探測(cè)衛(wèi)星的大口徑天線機(jī)構(gòu)如何以較低沖擊力的方式展開；空間大型機(jī)械臂的末端效應(yīng)器如何更好發(fā)揮各種精細(xì)操控功能……王宸介紹，航天器著陸緩沖裝置研究中，一個(gè)重要問題就是如何快速平緩地吸收瞬間沖擊的能量，包括展開、鎖定、緩沖等復(fù)雜系統(tǒng)，涉及到各種計(jì)算和模型，可以延展到很多領(lǐng)域。
王宸說，在最近的一次組會(huì)上，聶老師帶領(lǐng)大家關(guān)注了馬斯克的全新的著陸回收系統(tǒng)，“我們一起分析這一系統(tǒng)可靠性和收益，探討是否需要進(jìn)行對(duì)標(biāo)性的跟蹤研究，甚至也想做一些前沿性探索爭取并跑、乃至領(lǐng)跑?！?/p>
“只要國家需要，我們都會(huì)在自己方向上進(jìn)行探索?！甭櫤杲榻B，目前團(tuán)隊(duì)有100多名成員，由來自航空學(xué)院和航天學(xué)院的青年教師和博士生組成?！氨砻婵床怀鰜?，其實(shí)藏龍臥虎！”他自豪地表示，幾乎所有青年教師甚至博士生都是“國字號(hào)”選手——每個(gè)人都至少參加一個(gè)國家重大型號(hào)項(xiàng)目，盡自己最大所能為國家科技自立自強(qiáng)貢獻(xiàn)力量。
每年寒假前，團(tuán)隊(duì)都有一次獎(jiǎng)勵(lì)先進(jìn)的儀式，團(tuán)隊(duì)成員、青年教師陳虎說：“前些年我們論文要求比重比較高，還有發(fā)明專利數(shù)量，這兩年我們更多考核重要項(xiàng)目的完成度。我想，這也是我們做科研真正的目的。我也正將這種為國奮斗的精神傳遞給青年學(xué)子，助力更多大國重器展翅藍(lán)天、翱翔太空?！?/p>
來源 新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)
責(zé)編 劉榕杉
審核 劉婭娟