
大國重器,征途星辰。從1970年“長征一號”托舉“東方紅一號”開啟中國太空時代開始,中國航天用半個多世紀走出了一條從無到有、從弱到強的自主創(chuàng)新之路。而在全球航天產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展黃金期之時,中國航天如何實現(xiàn)跨越式發(fā)展?新一代航天人又需具備哪些素養(yǎng)?
近日,北京大學光華管理學院“科技前沿與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新論壇”院士系列活動特邀中國工程院院士、運載火箭技術(shù)專家李東,為北大師生帶來一場題為“航天運輸系統(tǒng)的發(fā)展歷程及趨勢,技術(shù)挑戰(zhàn)和科學問題”的深度分享。作為長征五號系列運載火箭總設計師,李東院士系統(tǒng)梳理了中國航天的輝煌成就,闡述了運載火箭研發(fā)面臨的極致挑戰(zhàn)與未來突破方向,同時他還寄語現(xiàn)場同學,把專業(yè)所長融入航天強國建設的需求中,讓青春力量成為中國航天向更深宇宙邁進的堅實支撐。
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從日常生活到人類未來家園,
航天的重要使命
李東院士從航天的根本使命切入,系統(tǒng)闡釋了航天技術(shù)在經(jīng)濟建設、太空探索和人類未來生存拓展等多個層面的重要使命。“航天技術(shù)早已融入日常生活。”李東院士指出,經(jīng)濟建設是航天的重要維度,從導航定位、氣象預報到尿不濕、太陽能電池板等衍生技術(shù),航天產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟的重要組成。”
在科學探索層面,李東院士以“人類是否是宇宙中唯一的智慧生命”這一終極問題為引,用生動的比喻描繪了宇宙的廣袤與空曠。“如果我們把太陽比作一個放在教室中間的菠蘿,那么地球就會是教室里的一粒芝麻,離我們最近的下一個‘菠蘿’則在4000公里之外。”他強調(diào),當前未能發(fā)現(xiàn)地外生命,并非宇宙沒有“第二條魚”,而是因為“我們這條魚游得還不夠遠”,凸顯了發(fā)展更先進航天技術(shù)對于解開宇宙之謎的必要性。
成功是差一點的失敗,
火箭研發(fā)的極致技術(shù)挑戰(zhàn)
作為長征五號系列火箭的總設計師,李東院士深刻剖析了運載火箭這一大國重器背后所面臨的極致挑戰(zhàn)。他闡釋了“引力阱”概念,指出火箭必須達到第一宇宙速度(7.9公里/秒)才能實現(xiàn)穩(wěn)定入軌,這一絕對速度要求導致了火箭發(fā)射成敗往往只在毫秒之間。
與此同時,火箭必須自攜氧化劑,這使其天生背負著遠高于其他運輸工具的額外負擔。為了掙脫地球引力,火箭發(fā)動機必須在極小的體積內(nèi)爆發(fā)出堪比整個水電站的功率,燃燒過程近乎“可控爆炸”,并承受著起飛時高達170分貝的噪聲和足以熔化金屬的尾焰熱流。在控制上,如何在無依無靠的太空中,僅憑尾部發(fā)動機穩(wěn)定操控一個幾十米高、卻“軟如面條”的彈性箭體,更是難上加難。此外,飛行中燃料的急速消耗導致火箭質(zhì)量特性急劇變化,各分系統(tǒng)之間“牽一發(fā)而動全身”的強耦合關系,使得任何微小改動都可能引發(fā)全局性波動。而許多極端工況在地面無法完全模擬,導致首飛風險極高。最終,如何將涉及上千家單位、數(shù)十萬個零部件的巨型系統(tǒng)完美協(xié)同,整合成一個穩(wěn)定可靠的有機整體,無疑是系統(tǒng)工程領域面臨的極致考驗。
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至暗時刻與系統(tǒng)工程的勝利
李東院士并未回避失敗。他回顧了長征五號遙二火箭失利后,團隊經(jīng)歷的908天“至暗時刻”。“那是一次毫無征兆的故障,歸零難度特別大,排查過程極為艱苦。最困難的時候我不巧身體還出了問題,做了一個手術(shù),但身體的痛苦反而讓我暫時忘卻了心理的巨大壓力。”
他特別強調(diào),中國航天能走出低谷,迎來長五復飛成功及后續(xù)一系列重大任務的成功,離不開錢學森先生留下的系統(tǒng)工程方法論。“系統(tǒng)工程教會我們不看局部,而看整體,在重量、成本、風險和性能之間做好平衡。我們的單項技術(shù)或許不是最頂尖的,但組合起來的整體性能是世界一流的。”
發(fā)射場體系優(yōu)化與海洋發(fā)射新機遇
未來中國航天發(fā)射能力不僅取決于火箭技術(shù),也與發(fā)射場體系的多樣化、靈活化緊密相關。在談及中國航天發(fā)射場布局時,李東院士首先分享了全球代表性發(fā)射場的特點,接下來重點分析了我國發(fā)射場的布局與戰(zhàn)略考量。他提到,文昌發(fā)射場因靠近赤道、海運便利等優(yōu)勢,成為長征五號等大型火箭的重要發(fā)射基地,但也面臨臺風侵擾等挑戰(zhàn)。
同時,他還介紹了我國第五處火箭發(fā)射場,也是中國唯一一個運載火箭海上發(fā)射母港,位于山東海陽的東方航天港發(fā)射場的探索意義。他指出,海上平臺可通過移動實現(xiàn)“靠近赤道發(fā)射”,對特定軌道任務具有顯著效益。盡管當前海上發(fā)射場在固定基礎設施和緯度條件上存在一定局限,但其最大價值在于為全國中小型、靈活發(fā)射模式提供了管理范式與政策樣板。他強調(diào),東方航天港等新興發(fā)射基地的探索,將為中小型火箭發(fā)射提供更靈活的模式,為商業(yè)航天及高頻次發(fā)射任務提供重要支撐。
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互動環(huán)節(jié):登月、民營航天與未來動力
在互動環(huán)節(jié),在場師生提問踴躍,李東院士一一給予了詳盡而真誠的解答。
關于載人登月:他透露,通過多次無人登月,探月工程在前期已經(jīng)具備了良好的基礎,很好地掌握了月面著陸技術(shù)。而基于長五技術(shù)的長征十號火箭的發(fā)射計劃正在穩(wěn)步推進中。
關于壓力管理:“人對未知才會恐懼。當你對系統(tǒng)有充分的把握和了解,心中有數(shù),自然就能鎮(zhèn)定。”他更將成功歸功于中國航天獨特的團隊文化,“失利時,沒有指責,只有共同承擔,這是我們最寶貴的力量。”
關于可重復使用火箭:他預見,能與SpaceX抗衡的航天企業(yè)必然在中國,并期待國內(nèi)在這一領域?qū)崿F(xiàn)重大突破。同時,他呼吁在座學子投身“原理層面的創(chuàng)新”,以實現(xiàn)真正的技術(shù)跨越。
關于民營航天:他持開放樂觀態(tài)度,認為國家隊與民營企業(yè)是互補關系。“國家隊干那些不掙錢但必須干的事,民營航天用更靈活的機制開拓市場,兩者合力,是中國無可比擬的制度優(yōu)勢。”
傳承航天精神,激發(fā)科技探索熱情
整場報告持續(xù)近兩小時,李東院士帶來的分享不僅是一場科技前沿報告,更是一堂生動的思政課。一方面深刻詮釋了自力更生、協(xié)同攻堅的航天精神,深化了北大師生對中國航天事業(yè)的理解,另一方面更激發(fā)了燕園學子探索未知、投身科技創(chuàng)新的熱情,
作為積極響應北京大學“科技創(chuàng)新年”的活動之一,光華管理學院舉辦“科技前沿與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新論壇”不僅是進行一次學術(shù)交流,更是探索更深層次的學科交叉融合及復合型人才培養(yǎng)路徑的一次重要嘗試。面向未來,我們期待北大光華前沿科技場景實驗室能夠持續(xù)發(fā)揮平臺作用,吸引更多頂尖科學家和行業(yè)領袖參與,共同推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級,為我國乃至全球的科技發(fā)展貢獻智慧和力量。
北大光華前沿科技場景實驗室
2024年6月,北京大學光華管理學院成立“前沿科技場景實驗室”,聚焦人工智能等前沿技術(shù)發(fā)展帶來的全新商業(yè)機會、以場景驅(qū)動技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的深度變革,并與全球科技企業(yè)、創(chuàng)新機構(gòu)、行業(yè)專家緊密合作,積極推動具備經(jīng)管知識儲備、科技理解力、行業(yè)洞察力的復合型人才培養(yǎng)。
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來源| 北大光華前沿科技場景實驗室
排版| 李珅
編輯| 王小雅
審閱| 塔娜
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