——中国航天科技集团公司2015年度国家科学技术奖励项目亮点扫描
（声明：该篇新闻原发表于2016年1月22日，本网转载此文，是为了提供更多的新闻背景资料。)
编者按
智慧在时间中蝶变，突破于创新中迸发。每当新年起航，人民大会堂总会迎来一群特殊的客人，在这些人中，你总能看到航天英才的身影。1月8日，2015年度国家科学技术奖励大会如期举行。
来自中国航天科技集团公司五院502所的“32位星载容错控制计算机系统关键技术及应用”、529厂的“航天器舱体结构变极性等离子弧穿孔立焊关键技术与应用”获得国家科学技术进步奖二等奖，510所的“高精度微小气体流量测量新技术及应用”获得国家技术发明奖二等奖。光听这三个奖项的名字，你是不是已经有些“蒙圈”。卫星上为什么要用容错计算机，航天器的舱体是怎样焊接的，微小气体的流量是如何检测的，这一系列的问题令人困惑。为此，本报记者采访了三个项目的团队成员，为您揭开这些奖项的“庐山真面目”，探究它们何以摘得科学技术领域的国家奖励。
聪明卫星的最强大脑
就像人的感知与行为受控于大脑一样，星载计算机是卫星最核心的部件，飞行器的所有轨道、姿态调整，运行状态的自我诊断，以及遥测下达、地面遥控指令的执行都是在星载计算机的控制下实现的。
当天宫一号与神舟飞船交会对接的时候，当嫦娥二号飞越图塔蒂斯小行星的时候，当嫦娥三号落月经历“黑色750秒”的时候，星载计算机一次次成为这些航天器最信任的聪明“大脑”，使每一次惊心动魄的过程都完美无瑕。
在航天科技集团五院502所星载计算机及电子产品总工程师华更新看来，星载计算机不仅大脑强大，还很坚强。“卫星上的计算机也有可能像人一样感冒发烧，但并不能因此停下工作休息，必须保证‘三头六臂’，在个别头、手有问题的时候，其他头和手还能正常工作，这就是所谓的‘容错’。”
通常星载计算机在轨运行一旦开机，程序必须要同步运行，保证不出问题，一些长寿命的卫星要在轨运行15年以上。拥有“三头六臂”的星载计算机既可以“三头六臂”协同工作，发挥超能力，又可以“三头六臂”轮流工作，这就是星载计算机“动态可调整多机容错体系结构”，这是该项目的第一大创新。
“地面使用的计算机如果坏了可以维修或更换新的，但星载计算机要有各类‘药方’，以应对常见病或者突发急症。”华更新生动地解释道，“这就是说星载计算机还得是个好大夫，具有自诊断和自修复的能力。”自测试自修复硬件架构及自主研发的宇航级系统芯片SpaceSoC就是该项目的第二大创新。
实时多任务操作系统SpaceOS保证了星载计算机实时采集敏感器数据、完成控制运算，并输出到执行机构，还保证了自测试自诊断任务的完成。SpaceOS具有代码精简、实时性好、适应空间环境等优势，是该项目的第三大创新。
此外，星载计算机还建立了仿真空间环境的综合验证平台，充分模拟空间状态，在地面上把能想到的所有问题都测试验证到。这是该项目的第四大创新。“从16位跨越到32位，从跟仿到自研，从进口到国产，星载计算机从硬件到软件再到核心芯片，全部实现了自主研发和国产化。”华更新很多年前的梦想一点点地都实现了。
目前，我国星载计算机产品技术指标已达到国际同类产品先进水平，而在此之前，只有美国和欧洲具备这项技术。1998年以前，我国计算机水平还处于起步阶段，采用国外芯片的计算机会有很多约束和不安全因素。2001年，国家正式批准新一代大型静止轨道卫星公用平台——东方红四号卫星平台立项，自主可控的32位星载计算机研制也是从这个时候开始的。
华更新觉得自己是“承上启下”的一代，他研究生毕业后就来到502所，“上一代人一辈子可能就做两三个型号，现在的年轻人赶上了最好的时代。”华更新的团队目前有140多人，其中博士和硕士学历占一大半，35岁以下的年轻人占三分之二，平均一年要交付上百台星载计算机及其他电子产品。
截至目前，他们的项目成果已应用于80多颗卫星，占同期国产卫星飞船的85％以上，包括载人飞船、嫦娥工程、北斗导航、通信、遥感、科学试验等多种空间飞行器，其中最长的已在轨工作超过9年。“这是项目团队的最高荣誉，是我们整个星载计算机研制团队全体成员共同的荣誉，是502所全体领导和员工支持的成果，也是国家对我们工作的认可。”华更新很是谦虚，他认为星载计算机作为整星的一个部件，获得这样的荣誉很不容易。
“现在国家的基础工业能力提高了、国力增强了，国家对应用卫星提出了更高要求，给星载计算机创造了良好创新机遇和舞台，我们有义务、也有责任为国家作出更大贡献。”华更新说。
渺乎其小的测量神器
俄国科学家门捷列夫曾说过：“没有计量，就没有科学。”航天科技集团五院510所的李得天研究员和团队成员在探索着“气体微流量（漏率）测量的下限”到底有多低。
从10-8Pa·m3/s量级到10-12Pa·m3/s量级再到10-16Pa·m3/s量级，这个下限的低值一次次被打破。目前达到的最低值，量级已达到国际最好水平。
计量测试是社会进步从概念通向应用，从理论通向实际的桥梁。而检漏的重要性最早被众人熟知还要追溯到飞船检漏。
神舟六号飞船上的两名航天员要在太空中飞行多天，其间，航天员要从返回舱进入轨道舱，再从轨道舱回到返回舱，这一进一出都必须打开和关闭舱门。如何检测舱门的密闭性能成为难题。
“漏率是衡量舱门密封性的关键指标，漏率小则密封性好，反之则密封性差。”李得天说道。
团队成员根据压力变化和漏率之间存在的对应关系，发明了一种检漏方法，8分钟内便可完成全部检测，实现了对舱门和对接面的快速、准确检漏，不仅在最短时间内完成任务，还保证了航天员的在轨生命安全，这项技术也被应用于后来的神舟飞船和天宫一号目标飞行器等多次任务中。
此后，检漏的要求不断提高，所需要检测的量级也越来越低。“检漏不仅要能测量出漏率，还必须要有相应的计量标准，证明检漏所测量的值是准确的。”李得天的团队随后提出新的方法，建立了我国首台恒压法正压漏率测量装置，这很好地解决了舱门快速检漏仪精确校准难题。
有人说，计量像空气和水一样，当它存在时，人们并不感觉它的重要；当它消失时，人们的生活就不可想象。
李得天说，月球样品封装装置对真空漏率测量提出了更加苛刻的要求，为了保证装置里的环境无限趋近于真空状态，对极小漏率的精确测量成为新的难题。
“这是探月三期采样返回的核心指标，直接决定着封装装置的可靠性。”高精度微小气体流量测量值的极低极小程度已无法形容，而且还在变得越来越小。
17年前，李得天所在的科研团队曾获得国家科技进步三等奖，这次又获殊荣，李得天说：“这是国家对基础研究的认可。”说到项目的创新点，李得天认为，这项技术不走寻常路，并没有追随改进国际上的通用方法，而是从原理上创新，走出一条另辟蹊径的自主之路。
天衣无缝的太空家园
“140米超长焊缝全部满足设计指标要求，天宫一号正样一次焊接成功。”航天科技集团五院529厂载人航天领域副总设计师姜坤回忆当时的情景说道。
2009年底，529厂与北京工业大学经过几年的研制努力，实现了变极性等离子弧焊接技术（VPPA）首次在大型载人密封结构中的成功应用。
变极性等离子弧焊综合了等离子弧与变极性TIG焊的优点，焊接热输入小，生产率高，与其他高能束流焊接工艺（电子束焊和激光焊）相比，设备简单，成本低且气孔、夹渣等缺陷少，因而被誉为“零缺陷”焊接方法。
“‘天宫一号’尺寸精度高、焊缝数量多、结构尺寸大、焊接厚度增加，采用之前的焊接方法难以达到设计要求。”姜坤解释说。2007年，529厂联合北京工业大学率先采用VPPA焊接技术完成了直径3米多的“天宫一号”密封结构的焊接。此后，双方又联合开发出超大型VPPA焊接机器人装备，成功应用于我国载人航天工程直径4米以上的铝合金密封结构的研制。“每一类型的产品都有其潜在的最优焊接方案。”529厂材料和工艺保证中心主任祁俊峰介绍，采用变极性等离子弧焊方法，焊缝气孔率极低、密封性好、精度高，是长期在轨运行航天器大型薄壁密封舱体的首选焊接方式。早在上世纪90年代初，美国波音公司便采用这种方法焊接了国际空间站舱体。据悉，美国航天飞机约90%的外贮箱焊缝均采用VPPA焊接工艺。
但在当时，这项技术在国内还是空白。“攻克VP？PA技术不仅是打造完美天宫的必需，也是我国后续货运飞船和空间站研制的基础。”姜坤坦言，最令他们欣慰的是经过近十年努力获得的技术成果，在重要产品上得到了真正应用，实现了价值，而且在这几年的焊接生产中保持了极高的稳定性，生产能力得到大幅提升。
作为典型的校企合作项目，529厂与北京工业大学已经“在一起”十几年了。“现在双方已经从最初的技术委托阶段起步，走过了共同研究的初级合作阶段，发展成为共同谋划未来技术布局的更深层次合作模式。”
面对“十三五”智能制造浪潮的滚滚而来，航天器焊接技术也同样面临着挑战。“航天器焊接生产要求的高可靠、长寿命、高柔性、详尽的焊接数据包信息等特性，均可通过智能焊接系统获得，因此，可以说智能焊接也是航天器焊接技术发展的最终目标。”
祁俊峰看着现在自动化水平已经很高的车间，感慨道：“目前可以多型号任务并行开展工作，效率是原先的好几倍，质量也得到保证。”近几年，在原先变极性等离子弧焊方法的基础上，529厂和北工大对电源控制系统进行了全数字化升级工作，并接入了数字化车间网络，“我们正朝着智能焊接的目标努力，智能焊接对于航天器并不遥远”。
在529厂VPPA焊接团队看来，获奖是国家对团队之前工作的高度认可，但现在团队想得更多的是，如何能让这项技术更好地满足未来型号的需求。“只有不断尝试和发展‘VPPA焊接’式的创新模式，我国的宇航制造才能不受制于人。”祁俊峰说。
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1月8日，中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会，中国航天科技集团公司荣获5项奖励。其中，集团公司获国家科学技术进步奖特等奖和一等奖各1项，二等奖2项，国家技术发明奖二等奖1项。2015年度国家科学技术奖共授奖295项成果和7位外籍科技专家。国家自然科学奖42项，其中一等奖1项、二等奖41项；国家技术发明奖66项，其中一等奖1项、二等奖65项；国家科学技术进步奖187项，其中特等奖3项、一等奖17项、二等奖167项；授予7名外籍科技专家中华人民共和国国际科学技术合作奖。
