正裕

楊孟飛

2021年2月22日上午，習近平總書記在人民大會堂會見探月工程“嫦娥五號”任務(wù)參研參試人員代表并參觀月球樣品和探月工程成果展覽，充分肯定其取得的成就。作為“嫦娥五號”系統(tǒng)的總指揮、總設(shè)計師，中科院院士楊孟飛激動萬分，深受鼓舞……

結(jié)緣計算科學

1962年，楊孟飛出生于湖南湘陰。父親是村里的會計，常年撥拉算盤珠，噼里啪啦的聲響將楊孟飛也熏陶成了打算盤的高手。從此，楊孟飛和“計算”結(jié)下了不解之緣。

恢復高考后，楊孟飛順利考上了西北電訊工程學院（今西安電子科技大學）。出于對數(shù)字計算的濃厚興趣，他選擇了鐘愛的計算機專業(yè)。那時候，計算機科學剛剛被引進至國內(nèi)，許多人還很陌生。對于楊孟飛來說，有機會去研究這樣先進的技術(shù)是一種莫大的幸福。自從他開始廣泛涉獵計算機書籍，美國計算機領(lǐng)域的重要人物高德納（Donald?E.?Knuth）就成了他崇拜的偶像。計算機讓楊孟飛著迷，大學畢業(yè)后，他決定繼續(xù)深造，考取了中國空間技術(shù)研究院（航天五院）計算機應(yīng)用專業(yè)的碩士研究生。

癡迷加勤奮，從本科到碩士的七年，楊孟飛打下了扎實的基礎(chǔ)。憑借在專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域深厚的功底，他在衛(wèi)星姿態(tài)和軌道控制計算機研制方面的出色才能很快顯現(xiàn)出來。工作僅七年就破格晉升為“小高工”的楊孟飛第一次來到衛(wèi)星發(fā)射場。他在我國新一代返回式衛(wèi)星控制系統(tǒng)上設(shè)計的“三機冗余TMR/S可變結(jié)構(gòu)高可靠控制計算機容錯方案”將要在實踐中得到檢驗。這個方案已經(jīng)進行過大量分析、計算，又通過了原理樣機的實驗。作為一名衛(wèi)星研制領(lǐng)域的“新兵”，他對自己的方案信心十足。

1992年8月9日，“長征二號丁”火箭首次發(fā)射，成功將我國第13顆返回式遙感衛(wèi)星順利送入預定軌道。這也證實了楊孟飛的“采用軟硬件結(jié)合手段實現(xiàn)的三機可變結(jié)構(gòu)的容錯系統(tǒng)”，具有瞬時故障處理和恢復能力，以及方案先進、穩(wěn)定性強等特點。簡單來說，三機容錯技術(shù)就是三臺機器共同工作，互為備份，又具有自檢功能。成功發(fā)射并返回后，楊孟飛興奮異常。他的付出，為中國航天事業(yè)解決了又一難題，令現(xiàn)場專家刮目相看。因此，楊孟飛獲得了部級科技進步一等獎。

引科技界矚目

太空探索是國際科技尖端領(lǐng)域，國際上對我國的技術(shù)封鎖可謂滴水不漏。1999年7月“神舟一號”飛船發(fā)射前的準備工作，使楊孟飛真正體會到了航天科研工作者的緊張與焦灼。飛船研制八大分系統(tǒng)中，制導導航與控制是技術(shù)難度最高、最關(guān)鍵的分系統(tǒng)之一，直接決定著飛船試驗任務(wù)的成敗。楊孟飛的任務(wù)正是要確保神舟號試驗飛船制導導航與控制系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，使飛船按指令在太空飛行并按要求返回地面。

如何確保飛船在空間輻照、溫度、振動等惡劣環(huán)境中且不可維修的情況下可靠穩(wěn)定地運行，一直是國際航天界的難題。楊孟飛將前期研制的“三機容錯技術(shù)”用于神舟一號飛船。他提出方法實現(xiàn)了我國空間首臺強實時高可靠三模冗余/單模變結(jié)構(gòu)控制計算機容錯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。同時，楊孟飛的“三機熱備份加一機冷備份的混成容錯”方法，也滿足了我國神舟飛船雙故障情況下可靠安全運行的需求。

在執(zhí)行任務(wù)的4個月里，楊孟飛白天和專家們一起分析故障原因，晚上伏在計算機前排除故障。他的雙手總是不停地在鍵盤上敲擊、修改、計算……一遍又一遍，直到出現(xiàn)滿意的結(jié)果，休息成了一件奢侈的事。1999年11月20日，神舟一號飛船實現(xiàn)了成功發(fā)射，舉國上下無不振奮，21個小時后返回艙安全返回地面，楊孟飛高度緊張的神經(jīng)終于松弛了下來。

神舟一號發(fā)射成功，引發(fā)全球關(guān)注，楊孟飛成為科技界矚目的人物。此后，他在神舟三號制導導航控制系統(tǒng)的研制過程中，為解決實時性以及計算量大的問題，又一次發(fā)揮了他卓越的才智。他進一步提高了系統(tǒng)的安全性與可靠性，使系統(tǒng)的主要技術(shù)指標達到或超過了國外同類產(chǎn)品水平，為神舟三號乃至神舟五號的發(fā)射成功又立新功……

?十年鑄器

為在探月工程中實現(xiàn)新的突破，2011年，國家對“嫦娥五號”正式立項，主要任務(wù)是實現(xiàn)無人采樣返回。很快，航天五院副院長楊孟飛接到命令，由他出任嫦娥五號探測器的總指揮、總設(shè)計師，一大批懷揣夢想的青年才俊加入這支探月先鋒隊，開始了長達十年的奔跑。

嫦娥五號是我國迄今為止系統(tǒng)最復雜、技術(shù)難度最大的航天工程，其任務(wù)將突破月面自動采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接與樣品轉(zhuǎn)移、地球大氣高速再入等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)探月工程“繞、落、回”三步走任務(wù)目標，意義重大。楊孟飛深感壓力。

嫦娥五號由軌道器、返回器、著陸器和上升器組成，分為15個分系統(tǒng)，楊孟飛認為，方案階段一定要先做系統(tǒng)設(shè)計。讓探測器系統(tǒng)副總指揮張高印象深刻的是，楊孟飛經(jīng)常會提到“三個見底”，即方案階段，技術(shù)要見底;初樣階段，產(chǎn)品要見底;正樣階段，過程要見底。簡言之，所有的研制過程是要基于前期的方案、產(chǎn)品，一定要實現(xiàn)過程受控。

為確保嫦娥五號探測器順利返回，楊孟飛絞盡腦汁，提出了空間飛行器月地高速再入返回系統(tǒng)的方法。通過這種方式，探測器突破了月地高速半彈道跳躍式再入返回的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)我國首次再入速度達每秒11千米的月地安全準確返回，為嫦娥五號采集月壤返回提供了理論和技術(shù)支撐，后被評為我國十大科技進展之首。2014年11月1日，再入返回飛行試驗器在內(nèi)蒙古預定區(qū)域順利著陸，試驗獲得圓滿成功。科研人員獲得了高速再入返回地球的相關(guān)軌道設(shè)計、氣動、熱防護、制導導航與控制等關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)。中國成為繼蘇聯(lián)和美國之后，第三個成功實施航天器從月球軌道重返地面的國家。眾人擁著楊孟飛歡呼雀躍。歷經(jīng)了各種大考，2017年1月，嫦娥五號具備了出廠條件。

然而，天有不測風云。長五遙二火箭發(fā)射失利后進入了漫長的歸零期。嫦娥五號預定發(fā)射日期一變再變，從最早計劃的2017年年底到2019年，直至2020年。在漫長的等待中，嫦娥五號何去何從？一時間，隊伍里有人顯得迷茫。探測器大概已經(jīng)加電測了兩千多個小時了。綜合考慮后，楊孟飛率團隊決定采取充入氮氣整體貯存的方案。這種做法在先前的航天器中也有應(yīng)用，但是像這樣規(guī)模的整器貯存還是第一次。產(chǎn)品貯存之后，作為嫦娥五號的當家人，楊孟飛要求團隊成員堅定信念，耐心等待，“嫦娥五號總有發(fā)射的一天！”2020年11月24日，嫦娥五號帶著使命奔向月球，舉國歡騰，對于楊孟飛和參研人員來說，懸在心頭的石頭終于落地。

楊孟飛于2015年7月當選國際宇航科學院終身院士，2017年11月當選中國科學院院士。他攻克航天領(lǐng)域多項尖端技術(shù)，創(chuàng)造國內(nèi)多個第一并獲獎無數(shù)，引領(lǐng)中國航天崛起。嫦娥五號圓滿收官，對楊孟飛來說只是完成了一項任務(wù)，他將繼續(xù)為中國的航天事業(yè)貢獻力量。

編輯 文心