三湘名人
杨孟飞:2021春晚邀请的湘籍科学家
2021-02-15 20:29  点击:1089


2021年春晚,在特别节目《向祖国报告》中,邀请的4位航天科技战线嘉宾里,其中有一位是湖南湘阴人,他就是嫦娥五号总设计师中国科学院院士杨孟飞。

杨孟飞是我国空间技术领域专家,长期从事空间飞行器领域的科研工作,在空间飞行器高速再入返回、甚高精度姿态控制和高可靠控制计算机等方面取得了系统的创造性成果,为探月工程、载人航天和卫星研制做出了重大贡献。曾任国防973项目技术首席,是国家百千万人才工程人选,国际宇航科学院院士,国家级有突出贡献中青年专家。获国家技术发明二等奖1项,国家科学技术进步奖创新团队奖1 项,国家科学技术进步二等奖1项,部级奖11项(一等奖8项)。发表论文70 篇,编著2 部(英文1部),译著1部,获授权发明专利41项,


突出贡献

▲ 提出空间飞行器月地高速再入返回系统方法,突破月地高速半弹道跳跃式再入返回关键技术,实现我国首次再入速度达11km/s的月地安全准确返回


月地高速再入返回是国际公认难题,风险很高,美苏经多次试验才取得成功。杨孟飞作为飞行器系统总设计师,带领团队加强技术创新,确保了飞行试验任务的圆满成功。对于此项重大技术突破,成果鉴定委员会给予高度评价:“月地高速再入返回工程的圆满成功,开拓了我国第二宇宙速度再入返回的深空探测新领域,对火星、小天体和载人深空探测具有重要的先导作用,对临近空间研制发展具有重要的借鉴意义。整体技术达到国际先进水平,其中开伞点精度和返回器重量等六项技术指标处于国际领先”。发射成功后在国内外引起广泛反响,2014年被两院院士评为中国十大科技进展之首,美国科学杂志网站、空间日报网站等对此进行了报道,俄罗斯航天新闻杂志社主编评价:“中国月球开发领域已处于全球领先地位”。

面对再入走廊窄、初始导航精度要求准及首飞风险高的难题,杨孟飞构建了由服务舱和返回器组成的双平台协同运行飞行器系统,创造性地提出多学科系统设计方法、绕月自由返回轨道方案、高轨卫星导航定位方案和控制系统在轨联合标定方法,实现再入角偏差优于指标近一个数量级的跃升。

针对气动不确定性大、再入热环境恶劣、落点精度要求高等难题,杨孟飞迎难而上,在技术原创性上苦下功夫,创建了新型气动力预测方法,设计一种返回器气动外形,保证全速域、全空域仅有唯一气动稳定配平点;率先采用新研低密度烧蚀材料,突破轻量化热防护技术。多项创新成果不仅有效解决了返回器升阻比小、气动控制能力弱及航程长的国际难题,更实现我国空间技术在气动、防热和制导导航与控制(GNC)等领域的重大突破,为我国加快向更远深空进发铺平了道路。

在项目推进过程中,杨孟飞加强技术的总结和知识产权的整理,形成一系列原创性研发成果,获2016年国防科技进步一等奖(排名1)、授权发明专利10项、2016年第四届中国工业大奖。


▲ 发明一种复杂卫星甚高精度姿态控制方法和装置,解决空间飞行器甚高精度、强适应控制关键科学问题,突破高分辨率遥感卫星控制技术发展的瓶颈,为高分辨率遥感卫星控制系统研制提供了理论和方法

国内遥感卫星向着分米级地面高分辨率和米级高定位精度的目标发展,复杂卫星甚高精度姿态控制方法是其发展中需要解决的重大基础问题,与空间飞行器结构密切相关,它涉及复杂卫星建模、甚高精度姿态测量、变结构变参数不确定系统的强适应控制和分布式控制等方面。杨孟飞带领团队,连续攻关,实现了我国在空间高精度控制领域的重大飞跃,为我国高分辨率遥感卫星水平迈进国际先进行列打下了坚实基础。

杨孟飞识别出卫星仪器平台结构抖动、平台姿态基准与有效载荷(如相机)基准的相对变化是影响卫星高精度控制的关键要因,在大量飞行试验任务的支撑下,提出了有针对的测量与控制方法,构建了三层分布式控制系统,实现了有效载荷平台的超静。通过发明新型姿态测量方法和控制方法,测量精度与控制精度明显提高,对于卫星姿态控制做出重要贡献。这些新技术已在高分四号卫星上得到应用。

针对复杂卫星在变结构变参数、未建模等不确知因素下的甚高精度控制问题,杨孟飞提出并制定了系统研究的总体思路与方案,确定关键问题解决途径,并且与他人合作提出一种基于特征模型的复杂卫星智能自适应控制方法,卫星姿态控制精度大幅提高,为海洋二号、遥感十四号等卫星遥感分辨率的大幅提升提供了有力支撑。

杨孟飞还发明了基于宽视场自准直原理的星敏感器标定方法和装置,提出不同处理机制下数据更新率方法,推动了我国星敏感器产品研制不断迈上新台阶。


▲ 提出空间飞行器控制系统星(船/器)载计算机(以下简称控制计算机)抗恶劣环境的容错方法,突破多机容错控制计算机故障诊断和系统重构关键技术,应用于神舟飞船、月球探测器、卫星等多个系列空间飞行器,


控制计算机是空间飞行器控制系统核心,如何确保在空间辐照、温度、振动等恶劣环境且不可维修情况下可靠稳定运行,一直是国内外航天界面临的难题。从1982年开始,杨孟飞研究空间环境对控制计算机运行的影响及机理,建立空间辐照条件下的故障模型,结合不同应用需求,提出系统的容错解决方法,实现了我国在该领域与国际一流技术的“弯道超车”。

他提出软件表决硬件仲裁的三模冗余容错方法,实现了我国空间首台强实时高可靠三模冗余/单模变结构控制计算机容错系统结构。为满足我国神舟飞船双故障情况下可靠安全运行需求,他提出三机热备份加一机冷备份的混成容错方法,负责研制神舟飞船控制计算机,应用于神舟1号至11号飞船。

他提出多重故障检测与恢复相结合的多机冷备份容错方法,负责研制了我国空间首台长寿命高可靠三机冷备份控制计算机,首飞成功后,在我国多种空间飞行器中广泛应用。

他提出空间控制计算机系统软件体系架构,形成了我国首个星(船、器)载控制系统嵌入式操作系统。针对空间控制软件可信构造和验证难题,建立空间嵌入式软件可信保障技术体系,主持研发了可信软件保障集成环境,广泛应用于空间飞行器软件研制。


杨孟飞,中国科学院院士,1962年10月,出生在湖南省湘阴县,1982年从西北电讯工程学院(现为西安电子科技大学)毕业后,考入中国空间技术研究院北京控制工程研究所空间计算机应用专业,获硕士学位。1985年留所工作后,历任该所星载计算机研究室副主任、主任、所长助理、副所长、所长及中国空间技术研究院(航天五院)副院长。2015年7月,当选国际宇航科学院终身院士 。2017年11月,当选中国科学院院士。

现任“嫦娥五号”探月工程三期探测器系统总指挥、总设计师 ,十三届全国政协文化文史和学习委员会委员 。

湘江边上长大的杨孟飞,在山清水秀的乡野里汲取着灵气。父亲是村里的会计,常年拨拉算盘珠,噼里啪啦的声响将他也“熏陶”成了一个打算盘的高手。对数字的兴趣就这样一点点培养起来。当年填报大学志愿时,尽管计算机在他脑中尚属模糊概念,但联想到计算机键盘也是靠两手敲击的,与打算盘似异曲同工,便毫不迟疑地写下了计算机系几个字。

如同算盘把杨孟飞引进计算机世界一样,杨孟飞的航天缘也是由一个个偶然促成,一点没有刻意追求的痕迹。 当有人问他名中的“孟飞”二字是不是暗含有“梦飞”之意时,他断然否定,说父母所赐的名字实际是叫“孟辉”,只因湖南人“辉”、“飞”不分,上大学时他便将名字固定为“孟飞”。

大学毕业考研时,只因对“空间”这两个字感兴趣,他就任由兴趣做主,报考了北京控制工程研究所的空间计算机及其应用专业,从此迈进了航天的大门。

看上去一脸书生气的杨孟飞,怎么也难以让人将他与“威严”两个字联系在一起。可为了彻底改变所里的会风,他还真就狠下心来唱了一回“红脸”。

控制工程研究所虽属大科研所,却有个由来已久的毛病--无论大会小会,经常有人迟到。今年,借鉴联想集团成功而有效的做法,研究所对开会迟到者制定了具体的整治办法,即“迟到几分钟就站几分钟”。在所里召开的一次会议上,包括所领导在内的好几个迟到者,都被杨孟飞不留情面地罚站在了一边。消息传开,所里开会迟到的现象大为改观。