我们非常强调地面试验,允许甚至鼓励通过尝试、试验去暴露问题、发现问题,必要时甚至会专门安排试验复现问题以求吃透本质 。我们不提倡的是:试验设计和实施不到位,未能全面和有效验证;发现了问题,但因未吃透机理而解决不彻底,或者因其他各种原因不彻底解决;因为有了尝试的机会就什么都靠试,实际是由于不明就里而让任务变成了盲目试验 。这些做法都会把本该地面解决的问题带到天上,徒增风险与成本 。无论地面和天上,试验必须要有明确目的、针对性,要有验证有效的判据与明确结论,发现的问题要闭环 。
早在1960年代,航天前辈们就对型号研制的复杂性综合性和总体设计的重要性有了深刻认识,钱学森先生总结提出了“一切通过总体、一切通过地面试验”的航天可靠性理念 。这里的“总体”,是指以组织而不是个人来保证工程研制的全面性、有效性和系统协调性;“地面试验”,意味着凡是能经地面试验或模拟试验证实的,就不要带到飞行试验中去考验 。换句话说,不允许问题出在天上 。
关于是否允许尝试和失败,“两个一切”是最好的回答 。
我曾经在介绍地面试验情况时被问到“试验出现问题是什么心情” 。我当时回答:我们不希望出现问题,但问题一旦发生了,我们又觉得是好事,因为毕竟它出在地上而不是天上 。我相信这是航天器研制者们普遍的真实想法 。
(2)有效数据的获取,是判定飞行试验成败的重要标准 。
飞行试验的成功与否,取决于此次飞行的验证目的是否达到 。如果有效数据全部拿到、实现验证目标,那么这次飞行就是成功的,即使出现损失也是值得的;否则,“成功”就要打折扣 。
在实际飞行试验中,遥测几乎是拿到相关数据的唯一手段,而遥测只能通过传感器、视频等获取有限信息 。而当飞行试验发生大的故障或损失,即便是遥测数据也很难完整有效地获取 。这一点与地面试验完全不同 。地面不仅可以设置比飞行遥测多得多的观察测量手段,还可以通过产品拆解检查等直观 *** 拿到遥测无法反映的、全面得多的状态信息,出问题的产品同样能获得有价值的信息 。从这个角度看,以飞行作为验证手段的难度和风险大于地面,不到不得已并非应优先选择的方案 。
同样从技术验证出发,飞行产品的回收和重复使用除了经济上的意义,对于获取验证结果来说具有极大优势 。通过回收,到手的不仅是完整数据,还有产品本身 。比如神舟飞船的返回舱,可以得到各个部位防热材料的实际烧蚀形貌、工作后的发动机状态等等,远远超越遥测所能获取的信息 。在某种程度上,重复使用为SpaceX航天器的快速迭代提供了非常有价值的基础数据,推动其发展进入良性循环 。
2、在轨试验终究会被替代吗?
回答是否定的 。在充分地面验证的基础上,必要的在轨试验一定要有,试验性的航天器以及航天工程步步推进的验证任务也会一直存在 。
一方面,在轨试验越来越多地起到在真实环境下辨识和修正仿真模型的作用 。前面提到的机械臂案例,对认识空间环境及影响和提升地面设计、仿真及验证能力起到了很大作用 。
另一方面,随着任务要求和难度的提高,在轨试验的新需求会不断涌现 。究其根本,仿真建立在足够的“已知”基础上,通过物理试验的积累掌握了足够准确的模型,就可以用仿真模拟我们已知的领域,该领域内各种不同工况可以不再重复物理试验 。然而,随着已知的增加和仿真能力的提高,我们总是会期望探索其他的“未知”新世界,比如从近地轨道走向月球、火星 。航天飞行中更多的未知,需要以实际体验和物理知识结合,才能真正懂得 。
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