#让神舟飞船遨游浩瀚星空
# ――中国科学院院士、“嫦娥五号”总设计师杨孟飞
图为杨孟飞。
杨孟飞，中国科学院院士，1962年出生，岳阳市湘阴县人。1982年从西北电信工程学院(现西安电子科技大学)毕业后，考入中国空间技术研究院北京控制工程学院，专业为空间计算机应用，获硕士学位。1985年在该院工作后，先后担任该院星载计算机研究室副主任、主任、主任助理、副主任、主任，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月当选为中国科学院院士。
杨孟飞现任“嫦娥五号”探月工程三期探测器系统总指挥、总设计师，全国政协十三届文化文史学习委员会委员。
从拨拉算盘珠到爱上计算机
在湘阴湘江边长大的杨孟飞，从小就沉浸在美丽的乡村风景中，吸收着大自然的热量和灵气。我父亲是村里的会计。他常年打珠算珠，噼里啪啦的声音“熏陶”他成为珠算高手。
对于从小痴迷于数字的杨孟飞来说，进入计算机世界是他人生的新开始。自从他开始广泛涉猎计算机书籍，唐纳德。克努特是美国计算机领域的重要人物，他成了一个素未谋面却相当崇拜的偶像。唐纳德。Knuth在20世纪60年代写了经典之作《计算机程序设计技巧》，解决了计算机中的许多难题。他本人因对计算机软件的贡献获得了计算机领域的诺贝尔奖-图灵奖。这些“元素”对年轻时的杨孟飞有着潜移默化的影响。
热情、勤奋和研究，从本科到硕士，七年的计算机专业学习生涯为他打下了坚实的基础。凭借在专业技术领域的深厚基础，杨孟飞在卫星姿态和轨道控制计算机开发方面的突出能力将很快显露出来。1992年夏天，刚刚工作了7年但被提升为“小工程师”的杨孟飞第一次来到卫星发射场。他在我国新一代返回式卫星控制系统上设计的三余度TMR/S变结构和高可靠性控制的计算机容错方案将在实践中得到检验。该方案经过了大量的分析和计算，并通过了原理样机实验。因此，虽然杨孟飞是卫星研制领域的“新兵”，但他对自己的设计方案充满信心，没有任何心理负担。8月9日下午，在晴空下的戈壁发射场，火箭呼啸着直冲云霄。看着卫星直冲蓝天的杨孟飞相信，他的计划最终会经受住“上帝”的考验。飞行试验表明，这种软硬件结合实现的三机变结构容错系统，瞬时故障处理和恢复能力强，方案先进，可靠性高。
突破难关创新高精度遥感卫星控制方法
经过刻苦学习和反复探索，杨孟飞提出了软件表决硬件仲裁的三重冗余容错方法，实现了国内首个实时性强、可靠性高的三重冗余/单模变结构控制计算机容错系统结构。为了满足中国神舟飞船在双故障下可靠安全运行的要求，他提出了三机热备份加一机冷备份的混合容错方法，并负责研制神舟飞船控制计算机，应用于神舟一号到神舟十一号飞船。
在神舟三号飞船制导、导航、控制系统的研发中，杨孟飞以创新突破了一个又一个难关。为了解决实时性和计算量大的问题，杨孟飞提出了前后处理器任务分组并行流水线工作的计算机结构，进一步提高了系统的安全性和可靠性，系统的主要技术指标达到或超过了
面对再入走廊狭窄、初始导航精度精确、首飞风险高等难题，杨孟飞日夜不断研究创新，构建了由服务舱和返回器组成的双平台协同飞行器系统。创造性地提出了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，实现了比指标好近一个数量级的再入角偏差跳跃。
针对气动不确定性大、再入热环境恶劣、着陆点精度要求高等难题，杨孟飞直面困难，在技术创新上下功夫，创造了新的气动预测方法，设计了返回器的气动外形，确保全速区和整个空域只有一个气动稳定配平点。率先采用新开发的低密度烧蚀材料，突破轻量化防热技术。多项创新不仅有效解决了返回器升阻比低、气动控制能力弱、航程长等国际难题，还实现了我国航天技术在空气动力学、防热、制导、导航与控制(GNC)等领域的重大突破，为我国加快进一步深入太空之旅铺平了道路。在项目推进过程中，杨孟飞加强了技术总结和知识产权安排，形成了一系列原创研发；d成果，获2016年度国防科技进步一等奖(排名第一)、授权发明专利10项、2016年度第四届中国工业奖。
国内遥感卫星正朝着分米级地面高分辨率和米级高定位精度的目标发展。复杂卫星的超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，与航天器结构密切相关，涉及复杂卫星建模、超高精度姿态测量、强自适应控制以及变结构变参数不确定系统的分布式控制等。杨孟飞带领团队持续攻关，实现了我国高精度空间控制领域的跨越式发展，为我国高分辨率遥感卫星水平进入国际先进行列奠定了坚实基础。
在神舟号飞船发射的日子里
1999年7月下旬的一天，太阳正在燃烧。一列西行的火车把杨孟飞和他的同事送到了戈壁沙漠。踏上中国西北这片神奇的土地，仰望烈日，看无垠的沙海，杨
孟飞的心头滚过一股又一股热浪。即将在这里摆开的“战场”，他思绪万千，热血沸腾。神舟号飞船发射以前，他们秘而不宣地来到酒泉卫星发射中心，开始默默地为快要打响的重大战役做着各种准备。
杨孟飞清楚地知道，在20世纪的中国航天史上，神舟飞船无疑是一项最难、最新、最复杂的系统工程。飞船上采用的许多新技术都是过去在研制卫星时不曾“触摸”过的。制导导航控制技术就是其中之一。对于研制卫星，行内人都听过这样一句话:“卫星难，难在控制。”研制飞船更是如此。
飞船运入发射场时，控制软件还处在不甚稳定的状态，需要一边参加飞行试验的合练，一边进行调试，一边继续编程，紧张状态可想而知。作为北京控制工程研究所带队进入发射场的副所长，作为计算机控制系统的操作高手，杨孟飞肩上的担子十分沉重。眼见发射日期一天天临近，软件程序还没有固定的版本，杨孟飞和大家一样焦急万分。
那些日子，杨孟飞白天与专家在一起分析故障原因，晚上伏在计算机前排除故障，他的两只手在键盘上不停地敲击、修改、计算，荧光屏上数字、公式不停地跳跃、变换，直到出现满意的结果。
为提高飞船控制系统的“保险系数”，达到高可靠、高安全的要求，杨孟飞在飞船研制初期就大胆提出采用计算机三机容错技术，一台机器出现问题，可以自动转换到另一台机器，三台机器互为备份，兼具自检功能。不仅可靠性更高，计算速度也更快。
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”。
1999年11月20日，检验飞船“大脑”聪明才智的时刻来到了。随着长征二号F火箭一声长啸，我国第一艘试验飞船―“神舟号”太空惊鸿，飞天壮举引起全世界的广泛关注。全神贯注目睹飞船升空，心随“神舟”一起飞舞，直到21小时后飞船安全返回地面，在发射基地度过整整120天的杨孟飞那颗高悬太空的心才随之落了地。
□凌 辉
