牛！这位岳阳人挑起“嫦娥五号”神舟飞船遨游星空的大梁
岳阳日报客户端2020-08-17 14:07
让神舟飞船遨游浩瀚星空
——记中国科学院院士、嫦娥五号总设计师杨孟飞
图为杨孟飞。
杨孟飞，中国科学院院士，1962年出生，岳阳市湘阴县人。1982年从西北电讯工程学院(现为西安电子科技大学)毕业后，考入中国空间技术研究院北京控制工程研究所空间计算机应用专业，获硕士学位。1985年留所工作后，历任该所星载计算机研究室副主任、主任、所长助理、副所长、所长及中国空间技术研究院(航天五院)副院长。2015年7月，当选国际宇航科学院终身院士。2017年11月，当选中国科学院院士。
杨孟飞现任“嫦娥五号”探月工程三期探测器系统总指挥、总设计师，十三届全国政协文化文史和学习委员会委员。
从拨拉算盘珠到爱上计算机
在湘阴湘江边上长大的杨孟飞，自小浸润在山清水秀的乡野风光里，吸取着大自然的炽热和灵气。父亲是村里的会计，常年拨拉算盘珠，噼里啪啦的声响将他也“熏陶”成了一个打算盘的高手。
对从小迷恋数字的杨孟飞来说，走入计算机世界是他人生新的开始。自从他开始广泛涉猎计算机书籍，美国计算机领域的重要人物DonaldE.Knuth，就成了他未曾谋面却相当崇拜的偶像。DonaldE.Knuth写于上世纪60年代的经典著作《计算机程序设计技巧》，解决了计算机中的许多难题，他本人因在计算机软件方面的贡献而获得计算机界的诺贝尔奖——图灵奖。这些“元素”潜移默化地影响着正值青春岁月的杨孟飞。
痴迷加勤奋加钻研，从大学本科生到硕士研究生，七年的计算机专业读书生涯，使他打下了扎实的基础。凭借在专业技术领域深厚的功底，杨孟飞在卫星姿态和轨道控制计算机研制方面具备的出色才能很快显现出来。1992年夏天，工作刚七年却已被破格晋升为“小高工”的杨孟飞第一次来到卫星发射场。他在我国新一代返回式卫星控制系统上设计的三机冗余TMR/S可变结构高可靠控制计算机容错方案将要在实践中得到检验。这个方案已经进行过大量分析、计算，又通过了原理样机的实验，因此杨孟飞在卫星研制领域虽属“新兵”一个，可他却对自己的设计方案充满自信，没有任何心理负担。8月9日下午，晴空下的戈壁发射场，火箭呼啸升空。目送卫星直上蓝天的杨孟飞，相信自己的方案终将会经受住“上苍”的考验。这次飞行试验表明，这种采用软硬件结合手段实现的三机可变结构的容错系统，具有较强的瞬时故障处理和恢复能力，方案先进，可靠性高。
突破难关创新高精度遥感卫星控制方法
杨孟飞经过刻苦钻研，反复探索，提出软件表决硬件仲裁的三模冗余容错方法，实现了我国空间首台强实时高可靠三模冗余/单模变结构控制计算机容错系统结构。为满足我国神舟飞船双故障情况下可靠安全运行需求，他提出三机热备份加一机冷备份的混成容错方法，负责研制神舟飞船控制计算机，应用于神舟一号至11号飞船。
在神舟三号飞船制导导航控制系统的研制工作中，杨孟飞以创新突破一个又一个难关。为解决实时性以及计算量大的问题，杨孟飞提出了采用前后台处理机任务分组、并行流水线工作的计算机结构，进一步提高了系统的安全性与可靠性，系统的主要技术指标达到或优于国外同类产品水平，为“神舟三号”的成功发射又立新功。
面对再入走廊窄、初始导航精度要求准及首飞风险高的难题，杨孟飞夜以继日地不断钻研与创新，构建了由服务舱和返回器组成的双平台协同运行飞行器系统，创造性地提出多学科系统设计方法、绕月自由返回轨道方案、高轨卫星导航定位方案和控制系统在轨联合标定方法，实现再入角偏差优于指标近一个数量级的跃升。
针对气动不确定性大、再入热环境恶劣、落点精度要求高等难题，杨孟飞迎难而上，在技术原创性上苦下功夫，创建了新型气动力预测方法，设计一种返回器气动外形，保证全速域、全空域仅有唯一气动稳定配平点；率先采用新研低密度烧蚀材料，突破轻量化热防护技术。多项创新成果不仅有效解决了返回器升阻比小、气动控制能力弱及航程长的国际难题，更实现我国空间技术在气动、防热和制导导航与控制（GNC）等领域的重大突破，为我国加快向更远深空进发铺平了道路。在项目推进过程中，杨孟飞加强技术的总结和知识产权的整理，形成一系列原创性研发成果，获2016年国防科技进步一等奖（排名1）、授权发明专利10项、2016年第四届中国工业大奖。
国内遥感卫星向着分米级地面高分辨率和米级高定位精度的目标发展，复杂卫星甚高精度姿态控制方法是其发展中需要解决的重大基础问题，与空间飞行器结构密切相关，它涉及复杂卫星建模、甚高精度姿态测量、变结构变参数不确定系统的强适应控制和分布式控制等方面。杨孟飞带领团队，连续攻关，实现了我国在空间高精度控制领域的重大飞跃，为我国高分辨率遥感卫星水平迈进国际先进行列打下了坚实基础。
在神舟号飞船发射的日子里
1999年7月下旬的一天，骄阳如火。一路西行的火车专列将杨孟飞和他的同事们送进了戈壁滩。踏上大西北这片神奇的土地，仰望当空烈日，眼观无垠沙海，杨孟飞的心头滚过一股又一股热浪。即将在这里摆开的“战场”，他思绪万千，热血沸腾。
神舟号飞船发射以前，他们秘而不宣地来到酒泉卫星发射中心，开始默默地为快要打响的重大战役做着各种准备。
杨孟飞清楚地知道，在20世纪的中国航天史上，神舟飞船无疑是一项最难、最新、最复杂的系统工程。飞船上采用的许多新技术都是过去在研制卫星时不曾“触摸”过的。制导导航控制技术就是其中之一。对于研制卫星，行内人都听过这样一句话:“卫星难，难在控制。”研制飞船更是如此。
飞船运入发射场时，控制软件还处在不甚稳定的状态，需要一边参加飞行试验的合练，一边进行调试，一边继续编程，紧张状态可想而知。作为北京控制工程研究所带队进入发射场的副所长，作为计算机控制系统的操作高手，杨孟飞肩上的担子十分沉重。眼见发射日期一天天临近，软件程序还没有固定的版本，杨孟飞和大家一样焦急万分。
那些日子，杨孟飞白天与专家在一起分析故障原因，晚上伏在计算机前排除故障，他的两只手在键盘上不停地敲击、修改、计算，荧光屏上数字、公式不停地跳跃、变换，直到出现满意的结果。
为提高飞船控制系统的“保险系数”，达到高可靠、高安全的要求，杨孟飞在飞船研制初期就大胆提出采用计算机三机容错技术，一台机器出现问题，可以自动转换到另一台机器，三台机器互为备份，兼具自检功能。不仅可靠性更高，计算速度也更快。
月地高速再入返回是国际公认难题，风险很高，美苏经多次试验才取得成功。杨孟飞作为飞行器系统总设计师，带领团队加强技术创新，确保了飞行试验任务的圆满成功。对于此项重大技术突破，成果鉴定委员会给予高度评价：“月地高速再入返回工程的圆满成功，开拓了我国第二宇宙速度再入返回的深空探测新领域，对火星、小天体和载人深空探测具有重要的先导作用，对临近空间研制发展具有重要的借鉴意义。整体技术达到国际先进水平，其中开伞点精度和返回器重量等六项技术指标处于国际领先”。
1999年11月20日，检验飞船“大脑”聪明才智的时刻来到了。随着长征二号F火箭一声长啸，我国第一艘试验飞船—“神舟号”太空惊鸿，飞天壮举引起全世界的广泛关注。全神贯注目睹飞船升空，心随“神舟”一起飞舞，直到21小时后飞船安全返回地面，在发射基地度过整整120天的杨孟飞那颗高悬太空的心才随之落了地。
□凌 辉
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