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為祖國,他在浩瀚宇宙“牧”星


  在北理工有這樣一位教師,他從18歲上大學起,就開始和飛行器打交道,如今,48歲的他滿腦子想的還是“大氣層外的那些事”,30年來,為祖國他在宇宙深空點亮一顆顆“中國星”,他就是“北理工1號”研發團隊領頭人——北京理工大學宇航學院教授張曉敏。

  過去30年間,他牽頭研制出我國第一顆專門為青少年研制的衛星“希望一號”;研制出小巧實用、應用廣泛的CAST100衛星平臺;僅用9個月便將一枚承載多項新技術的“北理工1號”小衛星送入太空……

  2019年夏天,雖然天氣炎熱,依然能看到他一如既往地堅持天天到校“打卡”的身影,即便他牽頭的“北理工1號”衛星項目剛剛圓滿收官。

不斷突破自己才最重要

  2003年,博士后出站的張曉敏,進入現中國航天科技集團下屬的航天東方紅衛星有限公司(以下簡稱東方紅)。“之所以選擇進入公司而非其他科研機構,是因為我想做點更實用的技術,企業會給我更大的舞臺去實現這個目標。”憑此初心,他在這家公司埋頭苦干了15年。15年間,張曉敏從一名普通的技術員干到了總設計師,期間參與了“希望1號”、CAST100微小衛星平臺等多項科研任務。

  2007年,也是張曉敏在東方紅工作的第4年,他承接了研制“希望1號”的任務。“這是我第一次承擔型號項目,那時有10余家單位、近百人參與到該項目中。由于工期緊、任務重,到后期大家幾乎天天‘膩’在一起,男人們在一起的時間比跟自己老婆孩子在一起的時間都長。”耗時兩年,這顆承載著新型計算機芯片、新型鋰離子電池等多項創新技術的衛星騰空而起,它也被列入2009年度中國十大科普事件。

  對過去的成績,張曉敏不愿多談,他說的最多的一句話就是“多聊聊現在”。“過去的成就是光環,也可能是枷鎖,甚至可能會成為讓人不愿離開的溫室。”在張曉敏看來,過去的就過去了,面向未來、活在當下、不斷突破自我,才是最重要的。

  張曉敏這樣的表態,不是喊口號、說說而已。2018年,他做了令所有人都意外的決定——離開東方紅、入職北理工。

  “雖然已近知命之年,但我覺得自己還有很多潛力可挖。選擇去北理工,我的想法很簡單,就是想在另一條軌道上拓展人生,嘗試其他的可能性。”張曉敏說。

想做點和別人不一樣的

  張曉敏加入北理工時,學校的宇航學科建設處在飛速發展階段。學校正嘗試將宇航工程實踐和技術創新相結合,探索工科人才培養的新模式。這也為張曉敏提供了大展拳腳的機會。

  2018年11月,并入“新軌”的張曉敏接到了第一個任務——牽頭研制“北理工1號”。

  作為北理工新技術驗證衛星系列的第一顆衛星,“北理工1號”究竟要驗證哪些新技術?以什么形式驗證?這是張曉敏和他的團隊需要解決的首個難題。

  在宇航學院的會議室里,張曉敏曾和團隊成員多次探討過“北理工1號”的技術清單。“我們的終極目標是,想讓衛星在保留功能的同時,盡可能輕一點。”張曉敏解釋道,“傳統的衛星大多使用金屬材料,如果能盡可能多地使用復合材料、柔性材料,便可將質量大幅降低。”

  順著這個思路,張曉敏提出了把衛星外觀設計成為“帆球”的創意。“不用傳統的金屬外殼,多用柔性材料,進而實現給衛星‘減重’的目的。”他說,“我就想做點和別人不一樣的。”

“北理工1號”

  按照張曉敏的想法,發射前,衛星的主體薄膜球體將被折進一個“小匣子”內;當星箭分離后,衛星會自動充氣變成直徑為500毫米的球體。這看似天馬行空的創意,是否能成真?

  如今回想起來,團隊成員之一、北理工宇航學院副教授翟光還很為張曉敏捏一把汗。“張曉敏老師對技術研發很執著,也很有自己的想法。不過當‘帆球’創意剛剛被提出時,團隊里很多人還是很擔心,畢竟太新了,大家怕實現有難度。”翟光說。

  有了好想法,接下來需要的就是實踐。從2018年11月到2019年7月,這9個月,“北理工1號”成了張曉敏工作的主要內容之一,他時常奔走于學校、合作單位和發射場之間。他帶領團隊先后設計出10種方案,而這些方案很多要在衛星“出廠地”蘭州空間技術物理研究所進行測試,于是他幾乎每周都往返于蘭州、北京兩地。

  期間,他們還常遇到意想不到的困難,比如,怎樣證明“帆球”能在太空中順利展開?

  “其實驗證也很簡單,裝個照相機就成,很多人都提出這么干,但我不想這樣。”在給自己找難題上,張曉敏從不手軟,找難題再拆解,這種類似“左右手互搏”的科研方式讓他樂此不疲。經過多次論證,他提出了3種技術方案可以佐證“帆球”能否順利展開。

“北理工1號”在軌飛行效果圖

  2019年7月26日,“北理工1號”升空的第2天,“帆球”能否順利展開的答案將于當日揭曉。

  當時,相關工作人員特意在酒泉衛星發射中心架設了臨時電臺,張曉敏就守在電臺旁。“說不緊張是假的,感覺‘帆球’充氣的那5分鐘比5小時還慢。”他說。

  突然,電臺傳來信號,帆球順利展開!后續,其余兩種技術方案也證實“帆球”充氣成近乎完美的球形。守在電臺旁的團隊成員相擁歡呼,張曉敏也難掩激動,和成員擊掌慶祝這一階段性勝利。

從動漫影片汲取創作營養

  有趣的是,位于低軌道的“北理工1號”,由于易受軌道上稀薄大氣的擾動阻力,因此相比迎風面積小的“硬”衛星,這顆膨脹得更大的“柔”衛星的軌道下降速度較快。而這一現象,引起了美國、歐洲和國內研究機構以及業余愛好者極大的關注。

  一“星”激起千層浪,張曉敏怎么也沒想到,一時間團隊的科研項目成為全球衛星、航天愛好者們討論的熱門話題。不過,這個意外之喜,也恰好與他多年來堅持的航天科普理念不謀而合。“我國作為航天大國,不僅要在技術上力爭做到世界一流,還要在航天科普上作出應有的貢獻。”他說。

  在張曉敏的推動下,“北理工1號”項目團隊還吸納了很多本科生、研究生,部分人甚至參與到核心的技術任務。“張曉敏老師很注重人的培養,為學生盡量提供創新實踐、學以致用的機會和平臺。”翟光說。

  在學生眼里,張曉敏是一位博學又平易近人的導師。“40多歲的張老師會看年輕人喜歡看的電影,還能從中發現科學問題。”參與“北理工1號”項目的博士生鄭鶴鳴告訴記者,在項目例會上,張曉敏老師常旁征博引,他能從工程問題談到基礎科學,也能從學習方法談到《碟中諜》《天地大沖撞》等影片,從而啟發學生從多個角度思考問題。

  不工作時,張曉敏喜歡通過看動漫來放松。“看動漫能讓我身心放松,同時我能從中汲取到創新的營養。每部動漫影片都能展現創作者的想象力,而對于科研工作者來說,想象力就是創新的源泉。”《龍貓》《你的名字》《大圣歸來》……這些電影熱映時,張曉敏會拽上讀中學的兒子,父子二人一起坐在電影院,享受難得的休閑時光。

  也許正是這份“童真”,讓張曉敏一直走在技術創新的路上。

  “我的下一個目標是把‘帆球’衛星做大,將其直徑做到100米甚至500米;同時也希望帶領團隊將這種輕型、柔性技術能應用到更多的航天器上,為減少空間碎片、深空探測等提供更好的解決方案。”張曉敏說。

 

  (本文內容根據《科技日報》報道《幫“北理工1號”減肥 他給衛星穿上“帆布服”》整理)

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