周建平

(中國(guó)載人航天工程辦公室，北京 100094)

自1999 年以不惑之年參與中國(guó)載人航天工程以來(lái)，我見(jiàn)證了幾代中國(guó)航天人不懈奮斗，完成載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略任務(wù)，獨(dú)立自主建造和運(yùn)行“天宮”空間站，書(shū)寫航天夢(mèng)托舉中國(guó)夢(mèng)的壯麗篇章。在60 余年的人生中，我的命運(yùn)始終同國(guó)家航天事業(yè)緊密相連，我在工作中取得的一點(diǎn)成績(jī)和前20 余年航天與力學(xué)專業(yè)的受教育和教育工作經(jīng)歷、后20 余年橫跨高校與重大專項(xiàng)工程的獨(dú)特經(jīng)歷密不可分。今天，我懷抱作為教師傳道授業(yè)的初心回到國(guó)防科技大學(xué)，就會(huì)前征集的同學(xué)們感興趣的問(wèn)題，結(jié)合個(gè)人經(jīng)歷談一談航天與教育，希望能夠?qū)υ谧那嗄陮W(xué)子有所借鑒和啟發(fā)。

1 航天主要的專業(yè)領(lǐng)域

近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，航天成為了全球各大國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪的高科技領(lǐng)域，在國(guó)防、軍事和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域均起到了舉足輕重的作用。要推動(dòng)航天的三大領(lǐng)域，即空間科學(xué)、空間技術(shù)和空間應(yīng)用的全面進(jìn)步，涉及到的專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域很多，我還是通過(guò)介紹其中的一個(gè)實(shí)例，希望同學(xué)們能夠管中窺豹。

1.1 航天涉及的專業(yè)領(lǐng)域-以運(yùn)載火箭動(dòng)力系統(tǒng)為例

從航天器講，運(yùn)載火箭和空間飛行器是航天器的兩大主要內(nèi)容。運(yùn)載火箭之中，最主干且支撐技術(shù)提高和進(jìn)步最重要的分系統(tǒng)，當(dāng)屬總體、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、控制和地面的測(cè)發(fā)控。對(duì)空間飛行器來(lái)說(shuō)，還必須考慮能源動(dòng)力系統(tǒng)、熱控等。而就載人航天工程而言，還有一個(gè)環(huán)控的問(wèn)題，因?yàn)橐ＷC人的生活和生存。另一大領(lǐng)域是信息技術(shù)，包括測(cè)控等。

我從運(yùn)載火箭的動(dòng)力系統(tǒng)分類作為切入點(diǎn)，談?wù)勂渌婕暗闹饕獙I(yè)。從運(yùn)載火箭的動(dòng)力種類來(lái)說(shuō)，就有液體、固體、核能、電推進(jìn)等，微小推力的還有太陽(yáng)帆、激光推進(jìn)。先說(shuō)液體火箭的分類。一類是以長(zhǎng)征二號(hào)、長(zhǎng)征三號(hào)、長(zhǎng)征四號(hào)為代表的常溫推進(jìn)劑為燃料的運(yùn)載火箭，一般采用四氧化二氮和偏二甲肼這類有毒甚至劇毒的推進(jìn)劑。其特點(diǎn)是在部分常溫區(qū)處于穩(wěn)定的液態(tài)?，F(xiàn)在液體火箭推進(jìn)劑在朝著低溫方向發(fā)展，如長(zhǎng)征七號(hào)、長(zhǎng)征六號(hào)和長(zhǎng)征八號(hào)的一級(jí)，長(zhǎng)征五號(hào)的助推器等，均采用液氧煤油推進(jìn)劑。與常溫推進(jìn)劑相比，液氧儲(chǔ)存條件在90 K 以下，但環(huán)保無(wú)毒，并且發(fā)動(dòng)機(jī)比沖更高。液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)也是我國(guó)新一代火箭的主要?jiǎng)恿?，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜了很多。低溫推進(jìn)劑的另一種類是液氫液氧，燃燒劑液氫的液態(tài)溫區(qū)是20 K 以下，相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)比沖相比前兩種大幅提高，如正在研制的液氫液氧推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)YF-75E，比沖高達(dá)450秒。因?yàn)榉肿恿吭降停剂汐@得的密度比沖，即單位質(zhì)量的比沖也越大?，F(xiàn)在的長(zhǎng)征五號(hào)和長(zhǎng)征五號(hào)B 的芯級(jí)，長(zhǎng)征七號(hào)甲的三級(jí)、長(zhǎng)征八號(hào)的二級(jí)，以及長(zhǎng)征三號(hào)的上面級(jí)，也都采用液氫液氧的推進(jìn)劑。

高比沖的推進(jìn)劑也有缺點(diǎn)，因?yàn)槠涿芏鹊?，?chǔ)存同樣重量的推進(jìn)劑，需要的貯箱就更大，相應(yīng)結(jié)構(gòu)代價(jià)也會(huì)更高。因此，一般情況下液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)用在上面級(jí)。特殊情況，如長(zhǎng)征五號(hào)和長(zhǎng)征五號(hào)B 用在芯一級(jí)，所以長(zhǎng)五液氫貯箱直徑足有5 米。液氫的低溫環(huán)境要求增加了使用液氫液氧推進(jìn)劑的難度，2022 年9 月21 日美國(guó)NASA的SLS 重型火箭就因?yàn)橐簹湫孤锻七t發(fā)射。

液體推進(jìn)劑一個(gè)重要發(fā)展方向是用液氧甲烷。液氧甲烷也屬于低溫推進(jìn)劑，甲烷的分子量低于煤油，因此充分燃燒時(shí)，獲得的比沖比煤油高。同時(shí)，隨著可重復(fù)使用運(yùn)載器的出現(xiàn)，甲烷因便于清洗的特性，加上相對(duì)廉價(jià)且易獲取，成為極具潛力的液體火箭推進(jìn)劑。

另一類是固體火箭。盡管大家更熟悉的是固體導(dǎo)彈，但固體燃料也用于運(yùn)載器，國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)征六號(hào)的助推器和“快舟”系列用的就是固體燃料。

兩大推力之外，還有電推進(jìn)的方式。比如空間站用的80 毫牛四臺(tái)并聯(lián)的霍爾推進(jìn)系統(tǒng)，推進(jìn)劑是氙氣，其比沖比液體和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高很多，可獲得5 倍的比沖性能，其推力盡管有限，但用于補(bǔ)償大氣阻力還是勝任的。電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展很快，最近十來(lái)年已經(jīng)有一牛以上量級(jí)的產(chǎn)品出現(xiàn)。

另一種是核推進(jìn)?！版隙稹钡窃拢乱挂绾味冗^(guò)？采用核電源的同位素溫差發(fā)電的技術(shù)，這種核電源功率比較低。更有前景的是核熱推進(jìn)技術(shù)，可以獲得的功率更大，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的推力就可以做得更大，但是面臨的可靠性、安全性、空間環(huán)境和熱環(huán)境的挑戰(zhàn)也更大。目前核推進(jìn)的推力水平雖然比不上化學(xué)推進(jìn)，但是質(zhì)量效率是其兩倍以上，這意味著推進(jìn)劑質(zhì)量相同時(shí)，核熱推進(jìn)產(chǎn)生的推力是化學(xué)推進(jìn)的兩倍，在遠(yuǎn)離太陽(yáng)進(jìn)行星際探測(cè)時(shí)具有廣泛的應(yīng)用前景。核熱推進(jìn)可以顯著縮短星際飛行時(shí)間，這對(duì)于載人深空探測(cè)（如登陸火星）是非常有利的。

其他的推進(jìn)方式還包括激光推進(jìn)和太陽(yáng)帆。大家可以看到僅從燃料這個(gè)角度看動(dòng)力技術(shù)就有如此多的分類，我們?cè)倌脛?dòng)力中的一種-液體推進(jìn)來(lái)看其所涉及的專業(yè)。最基礎(chǔ)的問(wèn)題是燃料燃燒和流動(dòng)問(wèn)題，涉及到熱力學(xué)、燃燒科學(xué)、流體力學(xué)問(wèn)題，當(dāng)然也涉及到材料、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、振動(dòng)、沖擊、控制、測(cè)試、機(jī)械設(shè)計(jì)制造等等問(wèn)題。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上就涉及到機(jī)械行業(yè)幾乎所有的學(xué)科，而且由于極高的推重比要求，它的挑戰(zhàn)性還要大的多。

中國(guó)航天的成功，是中國(guó)整個(gè)科研體系、工業(yè)體系支撐的結(jié)果。我們載人航天工程的運(yùn)載火箭和空間飛行器，研制主體是航天科技集團(tuán)有限公司。配套包括航天科工集團(tuán)有限公司、中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司，也包括航空、材料、機(jī)械、電子信息、冶金、化工、兵器、紡織、石油等等大量的行業(yè)。當(dāng)然航天行業(yè)、航天工業(yè)本身的能力處于主體地位。因此，對(duì)于志在航天的同學(xué)，無(wú)論你們的專業(yè)背景如何，航天行業(yè)和航天工業(yè)都有你的用武之地。

1.2 數(shù)理化：航天與力學(xué)專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的“童子功”

下面我談?wù)?，現(xiàn)在航天與力學(xué)專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該如何打好投身航天事業(yè)的基礎(chǔ)。在大學(xué)，不論是本科生還是研究生，學(xué)生應(yīng)該具備的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)的核心一定是數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)。這是工程各個(gè)領(lǐng)域的共同基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)學(xué)生具備良好科學(xué)素養(yǎng)和基本工程師能力兩個(gè)核心任務(wù)所最應(yīng)強(qiáng)調(diào)的基礎(chǔ)課程。

一是數(shù)學(xué)。我和許多專家的共識(shí)是，航天與力學(xué)專業(yè)學(xué)生最應(yīng)該加強(qiáng)的是數(shù)學(xué)。包括以下必修課：微積分、微分方程、線性代數(shù)、概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等。我一直很想回到國(guó)防科技大學(xué)給同學(xué)們講講課，分享我工作多年后對(duì)數(shù)學(xué)精髓的理解。學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，不單單是解題技巧，更要重視高等數(shù)學(xué)展現(xiàn)的初等數(shù)學(xué)所不具備的分析問(wèn)題的思維方式，體會(huì)在認(rèn)識(shí)和理解世界的過(guò)程中高等數(shù)學(xué)擔(dān)任的雙重角色：既提供了解決問(wèn)題的方法論，又提供了工具。關(guān)于這一點(diǎn)，我在后面舉例具體說(shuō)明。

二是物理學(xué)。通過(guò)物理學(xué)知識(shí)，我們從原理和規(guī)律層面，加深了對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí)和理解。物理學(xué)是從事其他專業(yè)的重要基礎(chǔ)。如果你今后從事技術(shù)方面的工作和學(xué)習(xí)，一定會(huì)涉及到很多物理學(xué)知識(shí)，但基本原理都在大學(xué)物理中講到了。我在大學(xué)的時(shí)候，讀過(guò)伯克利大學(xué)物理全五卷。等到讀完博士、投身專業(yè)研究后回頭看物理和數(shù)學(xué)，大家應(yīng)有許多新思考與啟發(fā)。

三是化學(xué)。當(dāng)年我們學(xué)化學(xué)，有一部分同學(xué)不太認(rèn)真，覺(jué)得畢業(yè)后不會(huì)從事化工方面的工作，化學(xué)能有什么作用？實(shí)際上化學(xué)涉及工程重要基礎(chǔ)的方方面面。大家也知道，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的較突出的短板之一就是材料，包括芯片。不光是光刻機(jī)的制造問(wèn)題，材料的瓶頸制約也非常突出。航空航天也一樣，制造出國(guó)際水平的一顆鉚釘就牽涉到材料和工藝的一系列問(wèn)題。再說(shuō)化工，前面說(shuō)到的推進(jìn)劑就是化工產(chǎn)品。還有煤油，這并非普通的煤油，而是專門研制的火箭推進(jìn)劑煤油。我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)能夠采用煤制油技術(shù)生產(chǎn)性能先進(jìn)的合成煤基煤油推進(jìn)劑，這件事情很值得中國(guó)人驕傲。合成煤基煤油不僅能得到與用石化煉化技術(shù)制備的同等品質(zhì)的煤油，而且掌握了合成的原理和技術(shù)，就可以優(yōu)化組分，獲得更高性能。

進(jìn)一步地，我們國(guó)家在高性能煤油上也取得了很大的進(jìn)展?，F(xiàn)在的水平制備出的高性能煤油比原來(lái)的石油基煤油的比沖高8 秒。8 秒比沖增量和原本液氧煤油燃料330 秒的比沖相比，看似只有2.4%的增幅，但對(duì)運(yùn)載能力的實(shí)際貢獻(xiàn)十分顯著。以正在研制的新型登月火箭為例，火箭起飛質(zhì)量是2400 多噸，大概帶的有一千七八百噸的推進(jìn)劑，其中1/4 的推進(jìn)劑是煤油。如果僅將二級(jí)推進(jìn)劑中的50 噸煤油換成新研制的高性能煤油，就能將運(yùn)載火箭的地月轉(zhuǎn)移能力提高800 千克。付出的代價(jià)相當(dāng)有限，成效卻極大。

所以說(shuō)化學(xué)或者材料學(xué)，也是支撐航天的非常重要的一個(gè)學(xué)科。不僅包括推進(jìn)劑，也包括結(jié)構(gòu)材料。綜上，盡管航天有如此多的涉及各行各業(yè)的專業(yè)，但是這些大學(xué)入學(xué)以后就要學(xué)習(xí)的必修課程，不管今后從事什么工作，都是我們工作最重要的基礎(chǔ)。多年以前我與大學(xué)同學(xué)聊到，大學(xué)的學(xué)習(xí)是修煉“童子功”，過(guò)了這個(gè)階段一般就學(xué)不到了。誠(chéng)然，當(dāng)今是一個(gè)“學(xué)習(xí)型”社會(huì)，然而基本的科學(xué)素養(yǎng)訓(xùn)練，應(yīng)該在大學(xué)完成，也只能在大學(xué)高質(zhì)量完成。也許工作之后有機(jī)會(huì)“亡羊補(bǔ)牢”，但我相信在大學(xué)教育這一人生關(guān)鍵時(shí)期，打好基礎(chǔ)對(duì)培養(yǎng)一個(gè)人具備全面的科學(xué)素養(yǎng)與能力是極其重要的，它能夠使同學(xué)們今后在不同崗位和環(huán)境中更容易適應(yīng)新挑戰(zhàn)，能力得到更好發(fā)揮。

2 航天的工程挑戰(zhàn)

航天有沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)事故？中國(guó)也好外國(guó)也好，有一定航天能力的國(guó)家都出過(guò)飛行失利事故。為什么航天工程這么難？因?yàn)闆_破地球引力是巨大的挑戰(zhàn)。我們都知道第一宇宙速度7.9 km/s，第二宇宙速度11.2 km/s。但是這是一個(gè)多大的概念？我們送航天器入軌，需要什么樣的動(dòng)力水平？如何直觀地理解沖出地球阻力、走向太空的難度？讓我們談一談航天面臨的工程挑戰(zhàn)，直觀認(rèn)識(shí)發(fā)射所需要的能量。

2.1 沖破地球引力：火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與三峽大壩

以液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)為例，一臺(tái)120 噸的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)(YF-100)，把燃燒劑和氧化劑輸送到燃燒室才能燃燒，產(chǎn)生高壓，從噴管噴出工質(zhì)。為此每秒要輸送400 余千克的推進(jìn)劑，從而產(chǎn)生120 噸的推力。輸送這些推進(jìn)劑依靠的是以燃?xì)鉃閯?dòng)力的渦輪泵，單臺(tái)功率是20 兆瓦。20 兆瓦動(dòng)力是多大？柴油動(dòng)力航母用的是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，一艘航母需要配置8 臺(tái)25 兆瓦的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，才能達(dá)到功率20 萬(wàn)千瓦（200 兆瓦），而我們的CZ-5B 火箭一級(jí)飛行段，輸送推進(jìn)劑的渦輪泵總功率就接近這個(gè)值。

我們?cè)賹⒁慌_(tái)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)與航母進(jìn)行動(dòng)力對(duì)比。長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭，有四個(gè)助推器共八臺(tái)YF-100 發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，一臺(tái)120 噸的YF-100液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，出口噴出的燃?xì)獾拿肓髁砍艘运俣绕椒皆俪?，就是燃?xì)獾膭?dòng)能，考慮到效率損失后，每秒噴出的工質(zhì)的動(dòng)能為2100 余兆瓦，是航母的十倍有余。

再做個(gè)比較，航天發(fā)射的能量和三峽發(fā)電站進(jìn)行對(duì)比，又將如何呢？三峽發(fā)電站采用水輪發(fā)電機(jī)組，一臺(tái)滿功率約為700 兆瓦。其水位落差百余米，一臺(tái)發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)水落下進(jìn)入水輪機(jī)入口的動(dòng)能大約是900 余兆瓦。更直觀一點(diǎn)，長(zhǎng)江三峽一共32 臺(tái)發(fā)電機(jī)，滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)，大約有每秒3 萬(wàn)立方米的水滾滾落下，使32 臺(tái)發(fā)電機(jī)滿功率發(fā)電，大約是兩萬(wàn)多兆瓦?，F(xiàn)在我們要發(fā)展的新一代登月用的運(yùn)載火箭，其中一臺(tái)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的燃?xì)鈩?dòng)能比三峽的兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)入口水的動(dòng)能還要大20%以上。一枚運(yùn)載火箭共有21 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，其噴出的燃?xì)鈩?dòng)能比42 臺(tái)三峽水輪發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)的水入口動(dòng)能還大。因此，我們可以直觀地理解，探月火箭發(fā)射時(shí)燃?xì)鈬姵霎a(chǎn)生的動(dòng)能要比三峽大壩滿功率發(fā)電時(shí)所需水的功率還要大很多。

可看看我們的火箭才多大？世界上最先進(jìn)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)功率大概是25 兆瓦，有20 多噸重。而YF-100 發(fā)動(dòng)機(jī)單臺(tái)總質(zhì)量是1000 多千克，渦輪泵只占其中一小部分，從功率/質(zhì)量比看，二者相差將近百倍。

我們?cè)谶@么小的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上面，實(shí)現(xiàn)了三峽大壩那么大的地面裝置才能實(shí)現(xiàn)的能量?？催^(guò)長(zhǎng)江三峽的人就知道，其中一臺(tái)機(jī)組就非常壯觀，何況整個(gè)大壩長(zhǎng)達(dá)2300 余米。而我們只需要將一枚運(yùn)載火箭的三個(gè)直徑5 米的芯級(jí)排在一起，一共15 米，其發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噴出的燃?xì)鈩?dòng)能就相當(dāng)于2 個(gè)三峽大壩滿載發(fā)電時(shí)的全部水輪機(jī)入口水的總動(dòng)能。這就是運(yùn)載火箭要沖出地球引力所需要的巨大的能量。

2.2 漫長(zhǎng)的等待與“試錯(cuò)”的代價(jià)：談長(zhǎng)征五號(hào)遙二的失利

航天是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，復(fù)雜在哪？專業(yè)復(fù)雜、系統(tǒng)復(fù)雜、體系復(fù)雜。航天面臨的挑戰(zhàn)之一是漫長(zhǎng)的研發(fā)周期，比如中國(guó)空間站就耗時(shí)12 年，其間沒(méi)有或者很少試錯(cuò)的機(jī)會(huì)。在方案論證和設(shè)計(jì)階段，除了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目外，沒(méi)有其他產(chǎn)品產(chǎn)出。因?yàn)榻?jīng)費(fèi)原因，初樣階段也只能生產(chǎn)用于鑒定試驗(yàn)、一部分可靠性試驗(yàn)等數(shù)量很有限的產(chǎn)品，一直到初樣研制的末期，才能把具備電性能、結(jié)構(gòu)性能、熱性能的產(chǎn)品，各做一套進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，很多時(shí)候三類產(chǎn)品分步驟使用同一臺(tái)設(shè)備去做。這么長(zhǎng)的迭代周期，只能做非常有限的地面試驗(yàn)，而且還很難模擬天上的各種環(huán)境條件，能不能實(shí)現(xiàn)一次做成、一次做好是很大的挑戰(zhàn)。中國(guó)空間站取得今天的成就，不僅回答了能不能的問(wèn)題，還表明中國(guó)航天人有能力建成一座高水平永久性空間站。

航天還有另外一類突出的問(wèn)題，就是航天的天地差異性。高真空環(huán)境、陽(yáng)照區(qū)和陰影區(qū)溫差200 多度、輻射環(huán)境等，對(duì)于航天的裝備提出特殊的要求。載人航天還有一個(gè)微重力環(huán)境，使得地面的航天員訓(xùn)練和相關(guān)實(shí)驗(yàn)都變得非常困難。沒(méi)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，如何證明在天上能夠正常工作？就需要大量的基礎(chǔ)研究和仿真支撐。這是極具挑戰(zhàn)性的工作。當(dāng)然，通過(guò)不斷的研究，我們已經(jīng)獲得更多的飛行數(shù)據(jù)支撐地面的工作，這也是航天一步一個(gè)腳印發(fā)展到今天的基礎(chǔ)。

有同學(xué)問(wèn)中國(guó)航天失敗的案例，我舉一個(gè)例子，前幾年發(fā)生的長(zhǎng)征五號(hào)遙二失利。航天發(fā)展到今天，最大挑戰(zhàn)之一就是發(fā)動(dòng)機(jī)，前面我用發(fā)動(dòng)機(jī)與三峽大壩做了一個(gè)比較，由此大家應(yīng)該比較容易理解火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率之高，是地面使用的發(fā)動(dòng)機(jī)很難相比的。這次失利的原因在于液氫液氧的發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行中失效。而為了找到失效的原因并徹底改進(jìn)以提高可靠性，我們花了兩年多時(shí)間。為解決一個(gè)問(wèn)題，耗時(shí)兩年是很大的代價(jià)。但只有找到問(wèn)題的規(guī)律和機(jī)理，采取有效措施并進(jìn)行充分驗(yàn)證，才能實(shí)現(xiàn)后面長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭的“長(zhǎng)治久安”。

失敗是難免的，但一定要從失敗中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，把失敗的案例變成財(cái)富。中國(guó)航天能走到今天靠的就是始終堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，不斷總結(jié)提高、不斷深化認(rèn)識(shí)。航天有一個(gè)很著名的“雙五條”技術(shù)和管理歸零標(biāo)準(zhǔn)（圖1）。其中，“技術(shù)歸零五條”的內(nèi)容是：定位準(zhǔn)確、機(jī)理清楚、問(wèn)題復(fù)現(xiàn)、措施有效、舉一反三。就是要找到故障發(fā)生的準(zhǔn)確位置，說(shuō)清楚發(fā)生的機(jī)理，在相同的狀態(tài)下復(fù)現(xiàn)發(fā)生的故障，找到有效的解決辦法，進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后把新的認(rèn)識(shí)推廣到航天全行業(yè)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行舉一反三，無(wú)論是方法的、原理的、設(shè)計(jì)的，還是工藝的。

圖1 質(zhì)量問(wèn)題歸零“雙五條”

3 中國(guó)航天的成就

3.1 第二名的差距

中國(guó)是世界航天大國(guó)，正邁入航天強(qiáng)國(guó)的行列，目前居世界第二，綜合實(shí)力超過(guò)了歐洲和俄羅斯。但與美國(guó)相比仍有差距，無(wú)論是涉獵的范圍、技術(shù)水平的先進(jìn)程度等方面，我們?nèi)孕枧?。比如美?guó)的航天飛機(jī)，盡管有若干不如人意，但它仍是航天史上最復(fù)雜、規(guī)模也最大的航天器，入軌質(zhì)量重達(dá)130 噸，可重復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)天地往返。美國(guó)的 SpaceX 公司，用二十年時(shí)間開(kāi)發(fā)可重復(fù)使用的火箭、重型運(yùn)載火箭和星鏈衛(wèi)星，在大大沖擊了航天領(lǐng)域的同時(shí)也大大推動(dòng)了航天技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了航天產(chǎn)業(yè)變革進(jìn)程。為什么強(qiáng)調(diào)差距？作為航天人應(yīng)該有承認(rèn)差距、始終堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向的精神，不斷追求更好、更快的發(fā)展。中國(guó)航天正處在發(fā)展越來(lái)越好、越來(lái)越快的時(shí)期，我希望年輕一代能盡展其才，使中國(guó)航天技術(shù)更上一個(gè)臺(tái)階，早日比肩、超越美國(guó)。

3.2 發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景

再說(shuō)一說(shuō)中國(guó)的載人航天工程的發(fā)展水平。載人航天空間站項(xiàng)目于2010 年立項(xiàng)，當(dāng)時(shí)定下的目標(biāo)，一是全面掌握大型空間設(shè)施在軌建造技術(shù)。建成空間站的組合體，在軌建造這個(gè)最關(guān)鍵的部分我們已經(jīng)完成了。我們還通過(guò)艙外活動(dòng)開(kāi)展了若干建造事項(xiàng)，艙內(nèi)建造項(xiàng)目更多。明年，我們將把空間站核心艙的兩幅太陽(yáng)帆板轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)艙的尾部。完成了這項(xiàng)驗(yàn)證技術(shù)的“大動(dòng)作”，我們就可以宣布在軌建造技術(shù)與國(guó)際空間站建造水平相當(dāng)。二是建造一個(gè)基于當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平且經(jīng)濟(jì)高效的中國(guó)空間站，目前這個(gè)目標(biāo)我們已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了（圖2）。這非常具有挑戰(zhàn)性，很多方面的問(wèn)題，最開(kāi)始我們沒(méi)有多少技術(shù)基礎(chǔ)，研制的時(shí)間進(jìn)度又非常緊張，地面試驗(yàn)很難做，例如再生生保系統(tǒng)。

圖2 我國(guó)空間站建造完成的構(gòu)型示意圖

空間站之前，我們采用的是非再生生保系統(tǒng)，這對(duì)于短期飛行是合理的。非再生生保主要依靠一次性運(yùn)輸補(bǔ)給品的方式保障人的生存和生活，其代價(jià)很大，單人一天大概10 千克補(bǔ)給品，聽(tīng)起來(lái)不多。但是3 個(gè)人駐留一年，365 天，大概需要10 噸物資，需要兩艘貨運(yùn)飛船才能完成運(yùn)輸，這將是一個(gè)很大的負(fù)擔(dān)。所以，必須想辦法循環(huán)使用空間站的各種資源，這就是再生生保技術(shù)的作用，它使得水和氧資源可以實(shí)現(xiàn)再生循環(huán)。該系統(tǒng)通過(guò)冷凝裝置收集人蒸發(fā)的汗、呼出的水蒸氣以及排泄的尿液，凈化達(dá)到飲用水和電解制氧用水的要求。在太空微重力條件下，如何處理氣液混合體，是一個(gè)很大的難題。這是一套很復(fù)雜的化工裝置，我們?cè)跊](méi)有飛行經(jīng)驗(yàn)的情況下，不僅成功做出了這套裝置，并且達(dá)到的水平比國(guó)際空間站高。從最開(kāi)始收集冷凝水，處理冷凝水，到后來(lái)下決心處理比較難凈化的尿，再到后來(lái)的二氧化碳還原，我們的科技人員在攻關(guān)過(guò)程中不斷提高要求和目標(biāo)，當(dāng)然難度也不斷升級(jí)。二氧化碳是非常好的資源，但處理難度很大。如何利用二氧化碳呢？我國(guó)的空間站利用電解水制氧，我們用其產(chǎn)生的氫氣和通過(guò)吸附、解析、富集等一系列手段獲得的二氧化碳，進(jìn)行Sabatier 反應(yīng)，獲得氧和甲烷。這樣，我們大幅提高了資源的再生利用率。現(xiàn)在，中國(guó)空間站已經(jīng)不需要上行運(yùn)輸水和氧氣。只需要利用上行食品中所含的水的補(bǔ)充，就能實(shí)現(xiàn)軌道上水資源和氧資源的完全閉合供給，也能實(shí)現(xiàn)二氧化碳無(wú)消耗資源的凈化處理。我們的空間站有兩個(gè)機(jī)械臂，這是我國(guó)第一次研制大型的空間機(jī)械臂，這兩個(gè)機(jī)械臂還可以級(jí)聯(lián)在一起成為一個(gè)長(zhǎng)達(dá)15 米、擁有14 個(gè)自由度的超級(jí)機(jī)械臂，這是一個(gè)很好的創(chuàng)新，也是一個(gè)很大的成就（圖3）。

圖3 航天員在機(jī)械臂輔助下艙外活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)照片

再談?wù)勚袊?guó)空間站的應(yīng)用前景。中國(guó)空間站建造成功，標(biāo)志建造階段的結(jié)束，但不是空間站工程的結(jié)束，下一步將進(jìn)入應(yīng)用與發(fā)展工程階段。中國(guó)空間站為科學(xué)家和工程師提供了一個(gè)很好的太空試驗(yàn)平臺(tái)，今后的主要工作將轉(zhuǎn)向利用平臺(tái)，開(kāi)展空間科學(xué)、空間技術(shù)和空間應(yīng)用三大領(lǐng)域的科學(xué)研究和應(yīng)用工作。各個(gè)領(lǐng)域適合和需要在空間，特別是需要人參與的科學(xué)研究和技術(shù)試驗(yàn)，都可以考慮到空間站上進(jìn)行，當(dāng)然，這些項(xiàng)目需要經(jīng)過(guò)一系列的評(píng)估，滿足空間站準(zhǔn)入條件。為什么說(shuō)我們的平臺(tái)很好呢？一是規(guī)模很大，我國(guó)從來(lái)沒(méi)有這么大的航天器；二是能源很充足，發(fā)電能力達(dá)38 千瓦，目前中國(guó)最大的衛(wèi)星只有10千瓦；三是有人的參與，人的參與可以解決很多自動(dòng)化無(wú)法解決的問(wèn)題，包括設(shè)備的調(diào)試和校正，尤其是科學(xué)實(shí)驗(yàn)還要迭代；四是天地往返效率高，用貨運(yùn)飛船把試驗(yàn)設(shè)備儀器運(yùn)上去，火箭發(fā)射的時(shí)候環(huán)境非常惡劣的，對(duì)航天器等設(shè)備耐環(huán)境水平要求非常高，但貨運(yùn)飛船內(nèi)可以采取減震減沖擊的措施，很多民品、商采的東西可以送到空間站上使用。且迭代周期短，載人飛船一年發(fā)射兩次，貨運(yùn)飛船一年發(fā)射一到兩次，可提供比較高頻的天地往返運(yùn)輸?shù)臋C(jī)會(huì)。歡迎老師和學(xué)生們充分發(fā)揮想象力，提出好的創(chuàng)意，參與到載人航天工程中來(lái)。

4 我的經(jīng)歷：對(duì)教育和學(xué)習(xí)的感觸與體會(huì)

中國(guó)的航天起步跟我的年齡是一樣的，60 余年。載人航天工程，得益于整個(gè)航天的發(fā)展進(jìn)步，是幾代航天人努力取得的成就。從863 計(jì)劃算起有30 多年了，從921 工程算起也已31 年，從曙光號(hào)（714 工程）算起，則有50 多年了。我簡(jiǎn)單談?wù)勎业慕?jīng)歷。

4.1 個(gè)人經(jīng)歷

我的經(jīng)歷跟同學(xué)們有很大的差異，因?yàn)槲覀兯帟r(shí)代不一樣。作為20 世紀(jì)50 年代出生的人，我的小學(xué)、中學(xué)時(shí)代，不以考試為主要目標(biāo)，因?yàn)槟菚r(shí)候沒(méi)有高考。我高中畢業(yè)后下鄉(xiāng)，進(jìn)工廠，是湘西金礦井下的工人。一直到1977 年，鄧小平同志決定恢復(fù)高考，我才有上大學(xué)的機(jī)會(huì)。由于信息不暢通，我是在1977 年10 月12 日，中央人民廣播電臺(tái)播出恢復(fù)高考的信息時(shí)才得知，很激動(dòng)，像做夢(mèng)一樣。兩個(gè)月以后進(jìn)入考場(chǎng)，期間每天上班干體力活，很辛苦，一天假也沒(méi)有請(qǐng)過(guò)。但我考學(xué)也沒(méi)有太大壓力，始終充滿信心，最后考入國(guó)防科技大學(xué)。我碩士研究生期間就讀于大連理工大學(xué)，然后回到國(guó)防科技大學(xué)任教，讀博士，留校當(dāng)老師，參加載人航天工程的論證、做科研、再到出國(guó)、再到回國(guó)，再到調(diào)入載人航天工程擔(dān)任總體室主任，到酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心擔(dān)任總工程師，再調(diào)回北京擔(dān)任載人航天工程的副總師，從2006 年起，擔(dān)任工程總師已經(jīng)17 年了。就大家感興趣的方面，我談?wù)勔恍└杏|。

4.1.1 中學(xué)：養(yǎng)成讀書(shū)習(xí)慣

這些年學(xué)習(xí)和教育，我覺(jué)得最有感觸的事情是讀書(shū)。盡管前面說(shuō)我小的時(shí)候沒(méi)讀多少書(shū)，但我是一個(gè)發(fā)自內(nèi)心的愿意讀書(shū)和獲取知識(shí)的人。我是湖南人，小時(shí)候沒(méi)有很多書(shū)可讀，所以到哪我都和圖書(shū)館的管理員關(guān)系很好，因?yàn)槟鞘俏易钕矚g去的地方。最開(kāi)始的時(shí)候，我把湘西金礦的公共圖書(shū)館里認(rèn)為值得一讀的書(shū)，幾乎都讀完了。

其中有兩本書(shū)對(duì)我產(chǎn)生了很大的影響，一本書(shū)是寫富拉爾基第一重型機(jī)械廠的《鋼鐵巨人》（圖4）。在里面我看到了知識(shí)分子在工業(yè)大生產(chǎn)中發(fā)揮的極其重要的作用，我所在礦上的工程師和知識(shí)分子的風(fēng)范對(duì)我日后影響也很大。第二本是經(jīng)濟(jì)學(xué)的書(shū)，那是我讀過(guò)的第一本學(xué)術(shù)著作，讓我領(lǐng)略了研究的魅力。我終生保持著讀書(shū)這個(gè)習(xí)慣，只要碰到問(wèn)題，哪怕是我很陌生的專業(yè)，我都會(huì)從專業(yè)書(shū)中尋求幫助。對(duì)于復(fù)雜問(wèn)題，雖說(shuō)我不能和從事該領(lǐng)域研究工作的專家們相比，但通過(guò)閱讀專業(yè)書(shū)籍，把基本東西搞清楚，我可以做出自己的判斷。

圖4 《鋼鐵巨人》

我讀書(shū)的習(xí)慣是受到我的老師們的影響而形成的。從中學(xué)時(shí)代開(kāi)始，幾乎所有階段的老師都是我的朋友，并影響了我一生。中學(xué)的班主任是數(shù)學(xué)老師，他鼓勵(lì)我通過(guò)閱讀自學(xué)，所以我就去了技術(shù)圖書(shū)館借閱大學(xué)數(shù)學(xué)、物理和其他專業(yè)的書(shū)。老師們對(duì)我很好，把很多高中教材都找來(lái)送給我。那時(shí)沒(méi)考大學(xué)的機(jī)會(huì)，毫無(wú)功利之心。在初中，我就讀完了所有的高中教材。在高中時(shí)代，老師給了我樊映川的《高等數(shù)學(xué)講義》（圖5）和大學(xué)的物理教材。之后我通過(guò)圖書(shū)館又找到了更多大學(xué)教材。

圖5 《高等數(shù)學(xué)講義》

我中學(xué)時(shí)代的物理老師畢業(yè)于北大物理系，英語(yǔ)老師畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)的物理系，他們的學(xué)識(shí)和風(fēng)范以及具體幫助和指導(dǎo)對(duì)我產(chǎn)生了非常大的影響。在潛移默化的過(guò)程中，我全憑興趣養(yǎng)成了讀書(shū)的習(xí)慣。這是我想說(shuō)的第一個(gè)方面。

4.1.2 大學(xué)：積累理論自信

大學(xué)是我們那時(shí)候的學(xué)生沒(méi)日沒(méi)夜瘋狂汲取知識(shí)的階段，我們77 級(jí)的學(xué)生對(duì)知識(shí)太饑渴了，十分珍惜這好像是天上掉餡餅一樣得來(lái)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。我本科除了修完本專業(yè)的課，還修完了我們系固體力學(xué)專業(yè)研究生所有課程，以及學(xué)校數(shù)學(xué)系前兩年的課程，還有不少其他的選修課。以至于大三的時(shí)候，數(shù)學(xué)系的系主任邀請(qǐng)我轉(zhuǎn)去數(shù)學(xué)系。我在本科注重知識(shí)積累，接受到比較嚴(yán)格的科研訓(xùn)練則是在碩博士階段。我的研究生階段是在大連理工大學(xué)力學(xué)系，我有幸遇到那個(gè)年代的中國(guó)力學(xué)學(xué)術(shù)水平最高群體之一，這個(gè)群體的老師有：錢令希院士、鐘萬(wàn)勰院士、程耿東院士、唐立民教授、周承倜教授等。這些大師們的風(fēng)采，以及大師們給我講授的課程，使得我從思維層次上對(duì)科學(xué)有更多的理解。當(dāng)時(shí)研究生很少，發(fā)論文其實(shí)也不多。得益于在本科和研究生階段構(gòu)筑的知識(shí)體系，使我對(duì)自己的研究對(duì)象以及相關(guān)的學(xué)科有了比較深入的思考。我認(rèn)為大學(xué)學(xué)習(xí)生涯，自己在知識(shí)的積累和科研方面的訓(xùn)練做的比較好。這兩個(gè)方面的積累，令我具備了科研工作中的理論自信。理論自信意味著什么？就是有能力也有膽識(shí)去面對(duì)不同的甚至是自己生疏的問(wèn)題，一是搞懂問(wèn)題，二是鍥而不舍地解決問(wèn)題，三是做出正確的判斷，四是當(dāng)存在著不同意見(jiàn)的時(shí)候，作為決策者能做出正確的決定。

4.1.3 工作：強(qiáng)調(diào)科學(xué)問(wèn)題

無(wú)論是學(xué)習(xí)還是工作，我非常重視對(duì)物理原理的理解。讀書(shū)時(shí)候要理解科學(xué)原理，工作的時(shí)候養(yǎng)成用科學(xué)原理進(jìn)行思考的習(xí)慣，依據(jù)原理分析、推理、判斷、總結(jié)，最后決策。給大家舉個(gè)例子。長(zhǎng)征七號(hào)火箭二級(jí)推進(jìn)劑輸送管路有一個(gè)五通的管路裝置，用于將貯箱中的推進(jìn)劑分為四個(gè)分叉送到四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。首次飛行中發(fā)現(xiàn)，管路中的壓力出現(xiàn)了異常的突變，壓差超過(guò)了過(guò)去地面試驗(yàn)的認(rèn)識(shí)。分析機(jī)理很費(fèi)勁，研制單位和大學(xué)老師一起做了一段時(shí)間的分析和仿真，認(rèn)為可能是一種“空泡”效應(yīng)。我聽(tīng)完匯報(bào)，心想：這么高的流速，這么大的壓力的情況下要堆積空泡談何容易啊。我沒(méi)研究過(guò)流體力學(xué)，但是我學(xué)過(guò)流體力學(xué)的基本原理。我指出，這樣復(fù)雜的一個(gè)出流裝置是可能產(chǎn)生渦流的，而渦流會(huì)導(dǎo)致壓力降低。后面中國(guó)空氣動(dòng)力學(xué)研究試驗(yàn)中心真把這個(gè)“渦”算出來(lái)了，試驗(yàn)也觀察到了急劇的渦流現(xiàn)象，從而驗(yàn)證了我的判斷。這就是從原理上去理解問(wèn)題、判斷問(wèn)題。

為什么要強(qiáng)調(diào)從原理上去理解呢？找到解決問(wèn)題合理且可能的辦法，需要知識(shí)去做判斷。我也期望同學(xué)們對(duì)此加以重視。現(xiàn)在的仿真算力都很強(qiáng)，年輕人學(xué)習(xí)掌握新技術(shù)也很快。但是，對(duì)物理原理的理解以及分析和推理的能力，是創(chuàng)新和創(chuàng)造的基礎(chǔ)，這是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程。作為老師，應(yīng)該早點(diǎn)傳授給你們這種能力，但是，這種能力的培養(yǎng)更多地要依靠你們自己不斷的學(xué)習(xí)、思考，形成對(duì)物理本質(zhì)的深刻理解，養(yǎng)成優(yōu)秀的科學(xué)素養(yǎng)。

4.2 時(shí)代背景與機(jī)遇

我能夠進(jìn)入載人航天工程，是一個(gè)非常偶然的機(jī)會(huì)。我碩士畢業(yè)后到國(guó)防科技大學(xué)任教，博士畢業(yè)繼續(xù)在國(guó)防科技大學(xué)任教，出國(guó)學(xué)習(xí)一段時(shí)間，再回到國(guó)防科技大學(xué)，到1999 年離開(kāi)，在國(guó)防科技大學(xué)待了21 年。按理說(shuō)，我終身職業(yè)應(yīng)該一直就是老師，我也非常熱愛(ài)大學(xué)的教職。1992 年載人航天工程技術(shù)進(jìn)行可行性論證，原國(guó)防科工委要求國(guó)防科技大學(xué)推薦一個(gè)老師參加論證工作。全校當(dāng)時(shí)有8 個(gè)系，每個(gè)系推薦一個(gè)人。我的前任王永志總師，看了8 個(gè)人的情況，要了我這個(gè)學(xué)力學(xué)的，因?yàn)榱W(xué)是航天最重要的基礎(chǔ)之一，尤其是總體專業(yè)。因?yàn)槲业膶I(yè)背景，我參加了論證工作，才發(fā)生了后面一系列的事情。

4.2.1 我的初心：認(rèn)真獲取、理解并應(yīng)用知識(shí)

同學(xué)們關(guān)心，怎么在人生關(guān)頭做好重要選擇，怎么去堅(jiān)持初心？這問(wèn)題挺難回答。初心應(yīng)該是自己懂得一定的道理，形成基本人生觀的時(shí)候最重要的東西。在我的中學(xué)時(shí)代，我就形成了世界觀。我少年時(shí)代的初心非常簡(jiǎn)單，就是做一個(gè)有知識(shí)的人，長(zhǎng)大以后做一個(gè)有用的人。那時(shí)候沒(méi)有高考的機(jī)會(huì)，也無(wú)書(shū)可讀，老師們深深影響了我，我對(duì)此記憶猶新。我當(dāng)時(shí)就想，如果長(zhǎng)大后沒(méi)有受過(guò)大學(xué)教育，除了中文對(duì)其他語(yǔ)言一竅不通，沒(méi)有達(dá)到我認(rèn)為自己應(yīng)該具備的基本的能力素質(zhì)水平，會(huì)是我終生的遺憾。所以我想我能多年來(lái)堅(jiān)持認(rèn)真學(xué)習(xí)，在工作過(guò)程中堅(jiān)持向不同行業(yè)的不同專家學(xué)習(xí)請(qǐng)教，都源于這份初心：我要認(rèn)認(rèn)真真獲取知識(shí)、理解知識(shí)并且應(yīng)用知識(shí)。

4.2.2 人生關(guān)頭的選擇：機(jī)遇與能力

再說(shuō)選擇。我人生選擇的機(jī)會(huì)不多。第一個(gè)選擇是高考，我選擇了報(bào)考國(guó)防科技大學(xué)，當(dāng)時(shí)叫長(zhǎng)沙工學(xué)院。彼時(shí)中國(guó)已經(jīng)十多年沒(méi)高考了，我在湘西的大山溝里長(zhǎng)大，沒(méi)見(jiàn)過(guò)很大世面，應(yīng)該怎么去做選擇？首先，我的目標(biāo)是想考一所好大學(xué)，所以我填志愿選了國(guó)防科大、中南礦冶和湖南大學(xué)等三所湖南最好的大學(xué)，而且填了不服從分配，由此保證我能上個(gè)好的大學(xué)，不行就來(lái)年再考。這就是我當(dāng)時(shí)的選擇。第二個(gè)是讀研究生。我認(rèn)為我應(yīng)該換一個(gè)讀書(shū)的環(huán)境，增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)。所以選擇了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)我認(rèn)為力學(xué)最好的大連理工大學(xué)，因?yàn)槟莾河星懊嫖艺f(shuō)到的一批非?；钴S的力學(xué)專家。

博士就更簡(jiǎn)單了，念完研究生，導(dǎo)師勸我留在大連，因?yàn)轱嬍沉?xí)慣，我選擇回老家湖南。原本給我分到同濟(jì)大學(xué)，但我心想還是長(zhǎng)沙好。母校歡迎我，因此又回到了長(zhǎng)沙。教了兩年書(shū)以后又讀了博士，然后再繼續(xù)在學(xué)校任教。我前面說(shuō)了，我去參加載人航天技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性論證的時(shí)候，那是學(xué)校委派的，不是個(gè)人的選擇。

之后公派出國(guó)，原本去法國(guó)，由于學(xué)習(xí)法語(yǔ)要一年時(shí)間代價(jià)太大，所以我自己在美國(guó)找了一個(gè)教授資助，去美國(guó)工作一年多。在美國(guó)我有一個(gè)選擇的機(jī)會(huì)，因?yàn)槲夷玫氖荋1B 工作簽證。同事們以為我會(huì)留在美國(guó)，但是我待了一年多就回國(guó)了，為什么？道理也很簡(jiǎn)單。盡管當(dāng)時(shí)我們國(guó)內(nèi)的生活條件和美國(guó)差距很大，但我認(rèn)為我的事業(yè)在國(guó)內(nèi)，少年時(shí)代的初心始終在影響我。

另一個(gè)人生選擇是參與載人航天工程。組織調(diào)我去北京，我對(duì)在國(guó)防科技大學(xué)的教學(xué)工作有很多留戀，我還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到自己給自己定下的退休前至少指導(dǎo)25 個(gè)博士畢業(yè)的目標(biāo)，所以也留有遺憾。大工程的召喚對(duì)人很有吸引力，彼時(shí)我已經(jīng)42 歲，絕沒(méi)有想到要去當(dāng)工程總師，因?yàn)槲以诮?jīng)驗(yàn)上與畢業(yè)后就在航天工業(yè)部門工作的同學(xué)們相比，有將近20 年的差距。我很幸運(yùn)，趕上了一個(gè)極其需要人才的時(shí)代。2006 年，我到北京工作的第七年，我接替了王永志總師，到今天17 年了，幸運(yùn)地成為中國(guó)最受矚目的重大科技工程的參與者和見(jiàn)證者。

這就是我做過(guò)的人生選擇。從自己的經(jīng)歷看，我不否認(rèn)會(huì)有一些重大的人生關(guān)頭，肯定需要做一個(gè)選擇。但關(guān)鍵的是什么？我覺(jué)得是能力，具備能力，被使命選中時(shí)才能把握機(jī)會(huì)。同時(shí)，不一定每次選擇都關(guān)鍵，年輕人永遠(yuǎn)有把事情做好的機(jī)會(huì)和條件。我是在不惑之年參與載人航天工程，后來(lái)?yè)?dān)任了工程總師。人生之中，一直會(huì)有努力的機(jī)會(huì)，努力沒(méi)有捷徑。另一方面，我從一個(gè)大學(xué)教授去當(dāng)工程總師這種機(jī)遇也是時(shí)代的產(chǎn)物。

時(shí)代與機(jī)遇的確會(huì)影響發(fā)展路徑。但是我認(rèn)為只要努力，憑能力都能夠獲得好的發(fā)展，而且不管我們走什么道路，都可以滿懷愉悅地去欣賞走過(guò)的路。我回過(guò)頭來(lái)看我的知青生活也很有成就感，每一個(gè)人都應(yīng)該有平淡之心，欣賞生命完整的歷程。

5 啟示和建議

5.1 總師做什么

大家也很關(guān)心總師做什么。我覺(jué)得作為總師，最重要的職責(zé)如下。

第一，一定要提出更高遠(yuǎn)的目標(biāo)和更好的解決路徑。這是我的最重要的職責(zé)和使命。舉國(guó)之力開(kāi)展大工程，要對(duì)全國(guó)人民交上完美的答卷，因此起步就必須瞄準(zhǔn)高遠(yuǎn)的目標(biāo)。這是第一要?jiǎng)?wù)。

第二，設(shè)計(jì)好系統(tǒng)，千軍萬(wàn)馬協(xié)同一致去工作。我們航天的行當(dāng)可不能發(fā)生內(nèi)卷，大家必須非常高效的協(xié)同在一起，緊密合作。

第三，在實(shí)踐的過(guò)程中不斷優(yōu)化，與時(shí)俱進(jìn)。盡管經(jīng)過(guò)多輪論證，我們認(rèn)識(shí)問(wèn)題的水平會(huì)在實(shí)踐中不斷提高。一個(gè)長(zhǎng)達(dá)十年、數(shù)十年的工程周期中，世界在不斷變化，需要保持與時(shí)俱進(jìn)。

第四，要用先進(jìn)的理論和方法來(lái)促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。這也是我的重要職責(zé)。這些年我一直積極推動(dòng)以工程實(shí)踐來(lái)帶動(dòng)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，例如可靠性、風(fēng)險(xiǎn)管理、基于模型的系統(tǒng)工程方法（model-based system engineering，MBSE）、數(shù)字化、一體化等。

第五，在不斷的學(xué)習(xí)請(qǐng)教過(guò)程中，運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)做出科學(xué)的判斷。作為總師，有時(shí)用“孤家寡人”形容也不為過(guò)，決策非常難，需要足夠的知識(shí)和足夠的理論自信進(jìn)行支撐。

5.2 對(duì)同學(xué)們的建議

最后，給同學(xué)們提六點(diǎn)建議。

第一點(diǎn)，希望大家高度重視基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)理解與融會(huì)貫通。大學(xué)的學(xué)習(xí)，解題技巧不是那么重要，掌握知識(shí)原理更重要?，F(xiàn)在，工具軟件很多，提供了很多有效的分析解決問(wèn)題的手段，提高了效率。但是，一個(gè)優(yōu)秀的軟件工程師或者用戶，必須掌握軟件的建模原理和方法。如果只掌握技巧，有時(shí)很難做好仿真，或者很難判斷仿真軟件算出來(lái)的結(jié)果，可能不知道對(duì)不對(duì)，更難知道好不好。所以要重視基礎(chǔ)學(xué)科的學(xué)習(xí)，掌握科學(xué)的原理，才能逐步養(yǎng)成洞察事物本質(zhì)和規(guī)律的能力，升華知識(shí)，在工作中受益。

第二點(diǎn)，希望同學(xué)們要有廣博的知識(shí)和系統(tǒng)的思維。更寬的知識(shí)面，才有可能形成從系統(tǒng)角度權(quán)衡決策的能力。用一句通俗的話，這叫多學(xué)科優(yōu)化?，F(xiàn)在很多行業(yè)都涉及了多學(xué)科，不再是一個(gè)牛頓或愛(ài)因斯坦憑腦袋就能想出一個(gè)不得了定律的時(shí)代，為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，我們時(shí)刻面臨著權(quán)衡選擇。所謂要有系統(tǒng)的思維，就是要從全局看問(wèn)題。為什么錢學(xué)森先生強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)工程？我舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子。在我們空間站初樣研制階段，遇到了火箭運(yùn)載能力不足的問(wèn)題。我們空間站3 個(gè)艙段的質(zhì)量是22 噸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)載能力掉到了21噸多，問(wèn)題就嚴(yán)重了，這運(yùn)載差距怎么辦？作為總師，我提出了一個(gè)很簡(jiǎn)單的解決思路：將火箭入軌近地點(diǎn)高度降低到170 千米左右，這是綜合火箭和飛行器需求提出的新技術(shù)接口條件。航天一直是用200 千米的入軌近地點(diǎn)高度，為什么我說(shuō)這件事情從原理上看最簡(jiǎn)單？原理在于這樣可以降低勢(shì)能損失，因?yàn)椴恍枰涯敲粗氐幕鸺偷侥敲锤叩奈恢?。?shì)能損失減少了，運(yùn)載能力一定能夠提高。最后實(shí)現(xiàn)了460 千克的載荷運(yùn)載能力提升。就這么一個(gè)點(diǎn)子，一分錢沒(méi)多花。所以說(shuō)知識(shí)面非常重要，而這些知識(shí)基本都是大學(xué)學(xué)到的。

第三點(diǎn)，希望同學(xué)們有良好的團(tuán)隊(duì)精神。我想說(shuō)，在航天這個(gè)行業(yè)，真是千人一桿槍、萬(wàn)人一桿槍、十萬(wàn)人一桿槍的事，個(gè)人的能力和知識(shí)面都非常有限。作為工程總師，如果我不對(duì)，我也得聽(tīng)別人的，不能以權(quán)力權(quán)威去挑戰(zhàn)科學(xué)事實(shí)。科學(xué)技術(shù)要講民主，一定要有高尚的品格。在一個(gè)大工程里，人格的魅力是每一個(gè)人能發(fā)揮作用并獲得發(fā)展空間最重要的品質(zhì)之一。大團(tuán)隊(duì)缺誰(shuí)都可以找到替代者，但是你個(gè)人如果和隊(duì)伍不能融洽在一起，能力再?gòu)?qiáng)也孤掌難鳴。品格和素養(yǎng)是發(fā)自內(nèi)心的。在大學(xué)養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)精神、協(xié)作精神，既要謙虛又要自信，既能堅(jiān)持正確的東西，又能理解別人和被別人理解和接受，這都是一種能力，而大學(xué)是培養(yǎng)這種能力的地方。

第四點(diǎn)，希望同學(xué)們要堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向。習(xí)主席經(jīng)常提到，搞工程搞科研，做好的東西不用自夸，只有堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向才能不斷完善。希望同學(xué)們要自信但不能自負(fù)，不能自以為是。我就有一個(gè)不斷完善自己的心態(tài)。有些同事問(wèn)我為什么能多年保持奮斗精神。在我干航天的這些年中，開(kāi)會(huì)基本不談?wù)摮煽?jī)，都是在不斷討論問(wèn)題。我希望我們的年輕同學(xué)也要有這種勇敢直面問(wèn)題的精神，對(duì)自己的素質(zhì)和品行都會(huì)產(chǎn)生很好的影響。

第五點(diǎn)，希望同學(xué)們要敢于質(zhì)疑，多問(wèn)幾個(gè)為什么?，F(xiàn)在問(wèn)為什么的人太少了。解決工程問(wèn)題往往有多條路徑，要敢于大膽質(zhì)疑合理性與正確性，探討是否能夠做得更好。只有大膽的質(zhì)疑，才有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的機(jī)會(huì)和可能。這點(diǎn)都做不到，談何創(chuàng)新？

第六點(diǎn)，希望同學(xué)們追求卓越。完美沒(méi)有止境，追求卓越是人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的根本動(dòng)力，是工程科技創(chuàng)新的核心動(dòng)力。安于現(xiàn)狀，很難有大的作為。

我一直就期望，在退休之前回大學(xué)教一段時(shí)間書(shū)，把一生所學(xué)所想所思，用更加簡(jiǎn)單、更容易聽(tīng)懂的方式分享給同學(xué)們。這也是我的初心。謝謝大家！