讓神舟飛船遨遊浩瀚星空
——記中國科學院院士、嫦娥五號總設計師楊孟飛
圖為楊孟飛。
楊孟飛，中國科學院院士，1962年出生，嶽陽市湘陰縣人。1982年從西北電訊工程學院(現為西安電子科技大學)畢業後，考入中國空間技術研究院北京控制工程研究所空間計算機應用專業，獲碩士學位。1985年留所工作後，歷任該所星載計算機研究室副主任、主任、所長助理、副所長、所長及中國空間技術研究院(航天五院)副院長。2015年7月，當選國際宇航科學院終身院士。2017年11月，當選中國科學院院士。
楊孟飛現任「嫦娥五號」探月工程三期探測器系統總指揮、總設計師，十三屆全國政協文化文史和學習委員會委員。
從撥拉算盤珠到愛上計算機
在湘陰湘江邊上長大的楊孟飛，自小浸潤在山清水秀的鄉野風光裡，吸取著大自然的熾熱和靈氣。父親是村裡的會計，常年撥拉算盤珠，噼裡啪啦的聲響將他也「薰陶」成了一個打算盤的高手。
對從小迷戀數字的楊孟飛來說，走入計算機世界是他人生新的開始。自從他開始廣泛涉獵計算機書籍，美國計算機領域的重要人物DonaldE.Knuth，就成了他未曾謀面卻相當崇拜的偶像。DonaldE.Knuth寫於上世紀60年代的經典著作《電腦程式設計技巧》，解決了計算機中的許多難題，他本人因在計算機軟體方面的貢獻而獲得計算機界的諾貝爾獎——圖靈獎。這些「元素」潛移默化地影響著正值青春歲月的楊孟飛。
痴迷加勤奮加鑽研，從大學本科生到碩士研究生，七年的計算機專業讀書生涯，使他打下了紮實的基礎。憑藉在專業技術領域深厚的功底，楊孟飛在衛星姿態和軌道控制計算機研製方面具備的出色才能很快顯現出來。1992年夏天，工作剛七年卻已被破格晉升為「小高工」的楊孟飛第一次來到衛星發射場。他在我國新一代返回式衛星控制系統上設計的三機冗餘TMR/S可變結構高可靠控制計算機容錯方案將要在實踐中得到檢驗。這個方案已經進行過大量分析、計算，又通過了原理樣機的實驗，因此楊孟飛在衛星研製領域雖屬「新兵」一個，可他卻對自己的設計方案充滿自信，沒有任何心理負擔。8月9日下午，晴空下的戈壁發射場，火箭呼嘯升空。目送衛星直上藍天的楊孟飛，相信自己的方案終將會經受住「上蒼」的考驗。這次飛行試驗表明，這種採用軟硬體結合手段實現的三機可變結構的容錯系統，具有較強的瞬時故障處理和恢復能力，方案先進，可靠性高。
突破難關創新高精度遙感衛星控制方法
楊孟飛經過刻苦鑽研，反覆探索，提出軟體表決硬體仲裁的三模冗餘容錯方法，實現了我國空間首臺強實時高可靠三模冗餘/單模變結構控制計算機容錯系統結構。為滿足我國神舟飛船雙故障情況下可靠安全運行需求，他提出三機熱備份加一機冷備份的混成容錯方法，負責研製神舟飛船控制計算機，應用於神舟一號至11號飛船。
在神舟三號飛船制導導航控制系統的研製工作中，楊孟飛以創新突破一個又一個難關。為解決實時性以及計算量大的問題，楊孟飛提出了採用前後臺處理機任務分組、並行流水線工作的計算機結構，進一步提高了系統的安全性與可靠性，系統的主要技術指標達到或優於國外同類產品水平，為「神舟三號」的成功發射又立新功。
面對再入走廊窄、初始導航精度要求準及首飛風險高的難題，楊孟飛夜以繼日地不斷鑽研與創新，構建了由服務艙和返回器組成的雙平臺協同運行飛行器系統，創造性地提出多學科系統設計方法、繞月自由返回軌道方案、高軌衛星導航定位方案和控制系統在軌聯合標定方法，實現再入角偏差優於指標近一個數量級的躍升。
針對氣動不確定性大、再入熱環境惡劣、落點精度要求高等難題，楊孟飛迎難而上，在技術原創性上苦下功夫，創建了新型氣動力預測方法，設計一種返回器氣動外形，保證全速域、全空域僅有唯一氣動穩定配平點；率先採用新研低密度燒蝕材料，突破輕量化熱防護技術。多項創新成果不僅有效解決了返回器升阻比小、氣動控制能力弱及航程長的國際難題，更實現我國空間技術在氣動、防熱和制導導航與控制（GNC）等領域的重大突破，為我國加快向更遠深空進發鋪平了道路。在項目推進過程中，楊孟飛加強技術的總結和智慧財產權的整理，形成一系列原創性研發成果，獲2016年國防科技進步一等獎（排名1）、授權發明專利10項、2016年第四屆中國工業大獎。
國內遙感衛星向著分米級地面高解析度和米級高定位精度的目標發展，複雜衛星甚高精度姿態控制方法是其發展中需要解決的重大基礎問題，與空間飛行器結構密切相關，它涉及複雜衛星建模、甚高精度姿態測量、變結構變參數不確定系統的強適應控制和分布式控制等方面。楊孟飛帶領團隊，連續攻關，實現了我國在空間高精度控制領域的重大飛躍，為我國高解析度遙感衛星水平邁進國際先進行列打下了堅實基礎。
在神舟號飛船發射的日子裡
1999年7月下旬的一天，驕陽如火。一路西行的火車專列將楊孟飛和他的同事們送進了戈壁灘。踏上大西北這片神奇的土地，仰望當空烈日，眼觀無垠沙海，楊孟飛的心頭滾過一股又一股熱浪。即將在這裡擺開的「戰場」，他思緒萬千，熱血沸騰。
神舟號飛船發射以前，他們秘而不宣地來到酒泉衛星發射中心，開始默默地為快要打響的重大戰役做著各種準備。
楊孟飛清楚地知道，在20世紀的中國航天史上，神舟飛船無疑是一項最難、最新、最複雜的系統工程。飛船上採用的許多新技術都是過去在研製衛星時不曾「觸摸」過的。制導導航控制技術就是其中之一。對於研製衛星，行內人都聽過這樣一句話:「衛星難，難在控制。」研製飛船更是如此。
飛船運入發射場時，控制軟體還處在不甚穩定的狀態，需要一邊參加飛行試驗的合練，一邊進行調試，一邊繼續編程，緊張狀態可想而知。作為北京控制工程研究所帶隊進入發射場的副所長，作為計算機控制系統的操作高手，楊孟飛肩上的擔子十分沉重。眼見發射日期一天天臨近，軟體程序還沒有固定的版本，楊孟飛和大家一樣焦急萬分。
那些日子，楊孟飛白天與專家在一起分析故障原因，晚上伏在計算機前排除故障，他的兩隻手在鍵盤上不停地敲擊、修改、計算，螢光屏上數字、公式不停地跳躍、變換，直到出現滿意的結果。
為提高飛船控制系統的「保險係數」，達到高可靠、高安全的要求，楊孟飛在飛船研製初期就大膽提出採用計算機三機容錯技術，一臺機器出現問題，可以自動轉換到另一臺機器，三臺機器互為備份，兼具自檢功能。不僅可靠性更高，計算速度也更快。
月地高速再入返回是國際公認難題，風險很高，美蘇經多次試驗才取得成功。楊孟飛作為飛行器系統總設計師，帶領團隊加強技術創新，確保了飛行試驗任務的圓滿成功。對於此項重大技術突破，成果鑑定委員會給予高度評價：「月地高速再入返回工程的圓滿成功，開拓了我國第二宇宙速度再入返回的深空探測新領域，對火星、小天體和載人深空探測具有重要的先導作用，對臨近空間研製發展具有重要的借鑑意義。整體技術達到國際先進水平，其中開傘點精度和返回器重量等六項技術指標處於國際領先」。
1999年11月20日，檢驗飛船「大腦」聰明才智的時刻來到了。隨著長徵二號F火箭一聲長嘯，我國第一艘試驗飛船—「神舟號」太空驚鴻，飛天壯舉引起全世界的廣泛關注。全神貫注目睹飛船升空，心隨「神舟」一起飛舞，直到21小時後飛船安全返回地面，在發射基地度過整整120天的楊孟飛那顆高懸太空的心才隨之落了地。
□凌 輝