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为祖国,他在浩瀚宇宙“牧”星


  在北理工有这样一位教师,他从18岁上大学起,就开始和飞行器打交道,如今,48岁的他满脑子想的还是“大气层外的那些事”,30年来,为祖国他在宇宙深空点亮一颗颗“中国星”,他就是“北理工1号”研发团队领头人——北京理工大学宇航学院教授张晓敏。

  过去30年间,他牵头研制出我国第一颗专门为青少年研制的卫星“希望一号”;研制出小巧实用、应用广泛的CAST100卫星平台;仅用9个月便将一枚承载多项新技术的“北理工1号”小卫星送入太空……

  2019年夏天,虽然天气炎热,依然能看到他一如既往地坚持天天到校“打卡”的身影,即便他牵头的“北理工1号”卫星项目刚刚圆满收官。

不断突破自己才最重要

  2003年,博士后出站的张晓敏,进入现中国航天科技集团下属的航天东方红卫星有限公司(以下简称东方红)。“之所以选择进入公司而非其他科研机构,是因为我想做点更实用的技术,企业会给我更大的舞台去实现这个目标。”凭此初心,他在这家公司埋头苦干了15年。15年间,张晓敏从一名普通的技术员干到了总设计师,期间参与了“希望1号”、CAST100微小卫星平台等多项科研任务。

  2007年,也是张晓敏在东方红工作的第4年,他承接了研制“希望1号”的任务。“这是我第一次承担型号项目,那时有10余家单位、近百人参与到该项目中。由于工期紧、任务重,到后期大家几乎天天‘腻’在一起,男人们在一起的时间比跟自己老婆孩子在一起的时间都长。”耗时两年,这颗承载着新型计算机芯片、新型锂离子电池等多项创新技术的卫星腾空而起,它也被列入2009年度中国十大科普事件。

  对过去的成绩,张晓敏不愿多谈,他说的最多的一句话就是“多聊聊现在”。“过去的成就是光环,也可能是枷锁,甚至可能会成为让人不愿离开的温室。”在张晓敏看来,过去的就过去了,面向未来、活在当下、不断突破自我,才是最重要的。

  张晓敏这样的表态,不是喊口号、说说而已。2018年,他做了令所有人都意外的决定——离开东方红、入职北理工。

  “虽然已近知命之年,但我觉得自己还有很多潜力可挖。选择去北理工,我的想法很简单,就是想在另一条轨道上拓展人生,尝试其他的可能性。”张晓敏说。

想做点和别人不一样的

  张晓敏加入北理工时,学校的宇航学科建设处在飞速发展阶段。学校正尝试将宇航工程实践和技术创新相结合,探索工科人才培养的新模式。这也为张晓敏提供了大展拳脚的机会。

  2018年11月,并入“新轨”的张晓敏接到了第一个任务——牵头研制“北理工1号”。

  作为北理工新技术验证卫星系列的第一颗卫星,“北理工1号”究竟要验证哪些新技术?以什么形式验证?这是张晓敏和他的团队需要解决的首个难题。

  在宇航学院的会议室里,张晓敏曾和团队成员多次探讨过“北理工1号”的技术清单。“我们的终极目标是,想让卫星在保留功能的同时,尽可能轻一点。”张晓敏解释道,“传统的卫星大多使用金属材料,如果能尽可能多地使用复合材料、柔性材料,便可将质量大幅降低。”

  顺着这个思路,张晓敏提出了把卫星外观设计成为“帆球”的创意。“不用传统的金属外壳,多用柔性材料,进而实现给卫星‘减重’的目的。”他说,“我就想做点和别人不一样的。”

“北理工1号”

  按照张晓敏的想法,发射前,卫星的主体薄膜球体将被折进一个“小匣子”内;当星箭分离后,卫星会自动充气变成直径为500毫米的球体。这看似天马行空的创意,是否能成真?

  如今回想起来,团队成员之一、北理工宇航学院副教授翟光还很为张晓敏捏一把汗。“张晓敏老师对技术研发很执着,也很有自己的想法。不过当‘帆球’创意刚刚被提出时,团队里很多人还是很担心,毕竟太新了,大家怕实现有难度。”翟光说。

  有了好想法,接下来需要的就是实践。从2018年11月到2019年7月,这9个月,“北理工1号”成了张晓敏工作的主要内容之一,他时常奔走于学校、合作单位和发射场之间。他带领团队先后设计出10种方案,而这些方案很多要在卫星“出厂地”兰州空间技术物理研究所进行测试,于是他几乎每周都往返于兰州、北京两地。

  期间,他们还常遇到意想不到的困难,比如,怎样证明“帆球”能在太空中顺利展开?

  “其实验证也很简单,装个照相机就成,很多人都提出这么干,但我不想这样。”在给自己找难题上,张晓敏从不手软,找难题再拆解,这种类似“左右手互搏”的科研方式让他乐此不疲。经过多次论证,他提出了3种技术方案可以佐证“帆球”能否顺利展开。

“北理工1号”在轨飞行效果图

  2019年7月26日,“北理工1号”升空的第2天,“帆球”能否顺利展开的答案将于当日揭晓。

  当时,相关工作人员特意在酒泉卫星发射中心架设了临时电台,张晓敏就守在电台旁。“说不紧张是假的,感觉‘帆球’充气的那5分钟比5小时还慢。”他说。

  突然,电台传来信号,帆球顺利展开!后续,其余两种技术方案也证实“帆球”充气成近乎完美的球形。守在电台旁的团队成员相拥欢呼,张晓敏也难掩激动,和成员击掌庆祝这一阶段性胜利。

从动漫影片汲取创作营养

  有趣的是,位于低轨道的“北理工1号”,由于易受轨道上稀薄大气的扰动阻力,因此相比迎风面积小的“硬”卫星,这颗膨胀得更大的“柔”卫星的轨道下降速度较快。而这一现象,引起了美国、欧洲和国内研究机构以及业余爱好者极大的关注。

  一“星”激起千层浪,张晓敏怎么也没想到,一时间团队的科研项目成为全球卫星、航天爱好者们讨论的热门话题。不过,这个意外之喜,也恰好与他多年来坚持的航天科普理念不谋而合。“我国作为航天大国,不仅要在技术上力争做到世界一流,还要在航天科普上作出应有的贡献。”他说。

  在张晓敏的推动下,“北理工1号”项目团队还吸纳了很多本科生、研究生,部分人甚至参与到核心的技术任务。“张晓敏老师很注重人的培养,为学生尽量提供创新实践、学以致用的机会和平台。”翟光说。

  在学生眼里,张晓敏是一位博学又平易近人的导师。“40多岁的张老师会看年轻人喜欢看的电影,还能从中发现科学问题。”参与“北理工1号”项目的博士生郑鹤鸣告诉记者,在项目例会上,张晓敏老师常旁征博引,他能从工程问题谈到基础科学,也能从学习方法谈到《碟中谍》《天地大冲撞》等影片,从而启发学生从多个角度思考问题。

  不工作时,张晓敏喜欢通过看动漫来放松。“看动漫能让我身心放松,同时我能从中汲取到创新的营养。每部动漫影片都能展现创作者的想象力,而对于科研工作者来说,想象力就是创新的源泉。”《龙猫》《你的名字》《大圣归来》……这些电影热映时,张晓敏会拽上读中学的儿子,父子二人一起坐在电影院,享受难得的休闲时光。

  也许正是这份“童真”,让张晓敏一直走在技术创新的路上。

  “我的下一个目标是把‘帆球’卫星做大,将其直径做到100米甚至500米;同时也希望带领团队将这种轻型、柔性技术能应用到更多的航天器上,为减少空间碎片、深空探测等提供更好的解决方案。”张晓敏说。

 

  (本文内容根据《科技日报》报道《帮“北理工1号”减肥 他给卫星穿上“帆布服”》整理)

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