天舟货运飞船绕地运转示意图。 新华社发
科研人员在车间开展天舟货运飞船作业。 新华社发
跨界出发 领衔研制天舟
2017年11月的一天，我接到工作调动电话，让我回中国航天科技集团五院（以下简称“航天五院”），任中国空间站货运飞船系统总指挥。对此，我非常兴奋、非常激动。作为30年来一直与卫星打交道的航天人，我有机会领衔大航天器研制，并且参与中国空间站建设这样重大航天工程，倍感荣耀。
我很快完成工作交接，开始全面负责货运飞船系统的工作。从卫星领域转到研制货运飞船这样的大型航天器，于我而言，还是第一次，万事开头难，唯有认真学习、全面了解，尤其是夯实基础。
怎样才能夯实呢？在我看来，就是要把货运飞船所有基础方面都掌握，特别是把相关参考材料，从“薄”读到“厚”，之后再从“厚”读到“薄”。总指挥肩负很多行政和管理方面的工作，但是我不想、也不能做一个“行政化”的总指挥，而是在深谙航天技术和业务工作的基础上，与团队一起讨论解决遇到的各种难题，应对各种类型的挑战。
从零起步 造就天舟一号
说到中国的货运飞船，当然要谈天舟一号。我当年虽然没有亲身参与天舟一号的研制工作，但对研制的过程还是比较了解的。2011年初，中国货运飞船进入方案研制阶段，之后经征名被确定命名为“天舟”，该艘飞船被确定为“天舟一号”。作为中国航天的崭新型号，所有研制工作都从零开始。研制团队所有人员全身心投入其中，特别是一批二十八九岁的青年航天科技人员从此与“天舟”结缘，伴随它成长。
经过6年苦功实干，研制团队把天舟一号货运飞船在方案里画了出来，在厂房中造了出来，在火箭上竖了起来。
在初样阶段，研制团队并行完成全密封、半开放两种构型货船的详细设计方案，为未来的货运飞船的型谱化“定型”。成功完成货船初样力学、热学、电磁兼容性、大系统联试等大型试验后，研制团队开始紧张地双线作战，一部分设计师奔赴海南文昌基地开展全密封构型船合练工作；另一部分则留在北京，继续深入开展半开放构型船研制试验。
值得一提的是，在飞船研制从一个阶段转入下一个阶段之前，研制团队通常进行一次“闭关修炼”，主要任务是系统总结验证、检查产品状态、开展任务准备，仔细检查试验项目的海量数据，认真推演飞行任务中关键事件、指令、飞控预案……通过“闭关修炼”，研制工作更加扎实。
2017年4月20日，天舟一号在文昌航天发射场发射升空，之后与中国首个真正意义上的空间实验室天宫二号成功交会对接，完成在轨推进剂补加、天基测控等一系列任务，为后续的载人航天器提供了先期充分的技术验证。载人航天工程第二步战略目标任务由此胜利完成，中国空间站时代顺利开启。
战疫前行 书写天舟辉煌
虽然有了之前的经验，天舟二号的研制依然历经各种艰辛，面临一系列挑战，其中不仅有技术领域的攻坚克难、精益求精，而且还有世纪疫情的严峻考验。
突如其来的疫情给天舟二号进行力热试验带来了巨大困难，为了确保试验进度，我们在上海的总装队伍逆势北上，在36小时完成1600公里长途奔波。为了开展天地测控对接试验，我们的相关团队连续转战喀什、北京、青岛、渭南等地，历经1个月，终于完成试验。
中国空间站由天和核心舱、“问天”和“梦天”两个实验舱，以及天舟货运飞船、神舟飞船组成。为了验证这样复杂庞大系统设计的正确性，我们必须安排在天津航天城组织五舱联试。而完成联试任务，就必须把分散在各地的设计师等科研人员和航天员汇聚到那里。我们想方设法、全力以赴，终于克服了多地多次疫情带来的人员流动难题，使大家完成集结。而后，我们严格落实封闭管理制度，所有参与人员保持驻地和试验场地两点一线的行动轨迹，实施总装和测控“两班倒”，连续奋战。就这样，五舱联试工作持续了100多天。
在联试期间，我们一共设计了上千条测试项目，每艘船要测试1000小时到2000个小时，各分系统团队都纷纷参与其中，特别是电总体团队，该团队成员几乎每天都在现场，参与飞船的整个测试过程并随时准备处理各种问题。
世上本没有奇迹，只有全力以赴的努力，我们所做的一切都是为了确保万无一失。地面上的任何一个疑点都可能成为飞船上天后在轨的问题。我们确保所有数据结果都符合预期，消除所有疑点，才放心护送天舟二号出征太空。
或许是好事多磨吧，2021年5月20日和21日，天舟二号在文昌航天发射场经历了两次发射推迟。每一次都让我像坐过山车一样，内心跌宕起伏。5月29日20时55分，搭载天舟二号货运飞船的长征七号遥三运载火箭准时点火发射，冲天而起，直上九霄。约604秒后，飞船与火箭成功分离，精确进入预定轨道，发射取得圆满成功。天舟二号作为中国空间站关键技术验证阶段发射的首艘货运飞船，该次飞行任务是中国空间站货物运输系统的第一次应用性飞行。在接下来的每一分每一秒，我们都紧盯着屏幕上跳动的数字，跟踪着它的轨迹。天舟二号就像一个听话的孩子，历经8小时，按照既定程序，精准完成了远距离追击，近距离寻的、接近、对接，最终把重达6.8吨的物资通过“万里穿针”的方式带到了天宫空间站。
2022年3月31日，天舟二号实施受控离轨，再入大气层，精彩谢幕。回顾夜以继日加紧研制天舟二号的岁月，回顾密切关注着它在轨运行的日子，我们感谢与其的特殊缘分，它给了我们所有团队成员深度参与中国空间站建设任务的机会，让我们深感骄傲和自豪。
“软硬”兼施 打造“数字天舟”
随着现代信息科技的进步，模拟仿真设计工具、仿真分析软件有了长足发展，再加上日益增强的计算能力等，货运飞船研制获得更强有力的支撑。同时，我们团队决心充分利用这些新的技术和工具，在虚拟世界造一艘“数字天舟”。
在一个统一搭建起来的数字平台上，我们团队的多名设计师，按照通用规则，按照各自的权限，对自己所负责的部分进行设计，数字化设计文件下厂，交由数控机械加工，全程没有纸质图纸文件，不用人工审签。通过数字流程，“数字天舟”的数据被传输到制造设备上，设计师就可以制造出真实的各种结构、部件、管路……
在传统模式的构型布局设计中，我们通常需要在二维图纸中进行设备布局、调整、送审，而采用全三维数字化设计后，我们可以在一个设计平台上，快速设计、快速仿真、快速迭代。而通过数字化设计文件下厂，数控机械加工，全程“无纸化”工作，不仅提高了设计效率和设计质量、缩短了设计周期，而且降低了设计成本。
我们研制的货运飞船有100多个软件，拥有很强的数据处理能力、自主管理能力和系统在轨重构能力。不仅如此，地面工程师还可以通过天地测控链路通道，远程修改或重构软件，赋予软件更多功能。
在货运飞船的测试和总装环节，我们深切感受到数字化带来的便利。比如，我们采用自动化系统开展测试，实现测试用例自动生成，执行过程中不需要人员介入，就可以实现“一键式”测试。此外，我们还采用了全数字化总装研制的型号，开发了以三维数字化结构化工艺设计系统、结构化照相系统等为代表的数字化协同平台，大幅提高了工作效率。
在货物管理方面，我们建立了地面到云端的全任务周期物资数字化管理系统，实现货物自动信息录入、物资取放动态的信息管理、货物的布局和配平、质量特性计算等。同时，该系统还采用了虚拟现实技术，为航天员提供可视化的作业指导书。
创新无涯 未来值得期待
“成功是差一点点失败，失败是差一点点成功”，这是航天领域流传甚广的一句话。卫星与返回技术专家、中国科学院院士王希季也曾深刻指出：“搞工程必须坚持零缺陷，如果有缺陷，那工程就是零。”这“一点点”和“零缺陷”的背后，有无惧挑战的精神，有精益求精、追求完美和极致的精神，有多维度保障、通力协作攻克难关的精神。
我们在两年之内成功发射了4艘货运飞船，这在以前是不能想象的。成功做到这一点，我们靠的是不断推进技术体系创新、大力优化研制流程；从更深层次上说，靠的是“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神。
现在，货运飞船的设计阶段已经结束了，天舟二号、天舟三号、天舟四号等货运飞船为组批投产，状态相对稳定，能够最大程度保证载人航天工程的速度与质量。
设计阶段结束了，但不意味着设计就凝滞了，相反，我们将继续在货运飞船的设计上不断推进技术创新，以实现更快的运输速度、更大的载重能力、更高的运输效能、更多的先期技术验证，增加返回的能力，以便及时传回太空的科研成果。这将为中国空间站运营提供更好的服务和保障。
宇宙空间星汉灿烂、了无际涯，人类对太空的每一次叩问，都是新一次空间探索的开始。“天舟”将助力中国航天驶向更辉煌的未来，为人类探索太空作出更卓越的贡献。
（冯 永 本文作者为中国空间站货运飞船系统总指挥，由邓雨楠根据作者口述整理）
中国科协科学技术传播中心与本报合作推出
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