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剑指星辰大海 胸怀报国壮志

来源:  发布时间:2021-07-30

——记中国航天科技集团有限公司九院771所所长唐磊及团队
   
吕腾波  通讯作者  赵 昱  韩 晶

  
  对于过去的两年时间,身为中国航天科技集团有限公司九院771所所长(以下简称“771所”)的唐磊,内心百感交集。他曾经忙碌、焦虑、紧张、兴奋,最终自豪感爆棚,他感叹“这两年的时间就仿佛过了好多年似的”,即便直到今天回忆起来,内心依然久久不能平静。
  从2020年年初的新冠肺炎疫情在全国席卷开来,他就全身心投入到组织防疫抗疫的工作中去,待到国内疫情稳定之后,他又忙着指挥部署复工、复产的工作。时间到了下半年之后,疫情蔓延到了全世界,愈演愈烈。就在世界各国为抗疫而一片混沌和慌乱之际,中国航天人却异军突起,接连完成几项令人瞩目的惊世壮举!
  “北斗三号”全球卫星导航系统开通成功、“天问一号”深空探测器发射成功、“嫦娥五号”探测器探月任务圆满成功、空间站核心舱“天和”升空入轨……这几件大事里,哪一件单独拿出来都是中国乃至世界航天史上的里程碑事件,而这一系列的航天壮举,都离不开771所高尖端的先进技术与产品的保驾护航,更铭刻着全所上下7000余名胸怀报国壮志的“771所人”不可磨灭的关键性贡献。
  星辰大海,逐梦而生。历经56年的风雨兼程,几代人的接续奋斗,771所始终坚持以振兴民族微电子与计算机核心基础产业为己任,成为目前国家唯一一个集计算机、微电子和混合集成三大专业技术为一体的大型专业研究所,从事航天嵌入式计算机、半导体集成电路和混合集成电路的研制开发、批产配套、检测经营,是我国航天微电子和计算机的先驱和主力军,为我国航天事业的崛起与腾飞做出了重要贡献。尤其近些年来,凭借着过硬的能力保障、完善的现代化管理体系,771所已经逐步打造成为自主、创新、可信赖的航天品牌,用品质书写了多项国家重点工程及型号飞行试验零失误的成就!
  2019年,在771所工作了25年的唐磊接过了薪火相传的接力棒,成为新一任所长。在他看来,前辈们代代相传的不仅仅是科研的积累,更有航天报国的情怀和矢志国防的信念!“‘基础电子强军,航天产业报国’是我们不变的神圣使命!”唐磊坚定言道,“不忘初心、牢记使命,我们年轻一代会向着世界一流电子技术强所的宏伟目标继续砥砺前行,为我国航天事业和国防装备现代化建设做出新的贡献。”
  
雄心更在深空外
——“伟大事业都始于梦想、基于创新、成于实干。”

  航天从来都是国之创新重器,也是事关国家安全和中华民族永续发展的战略制高点。因此,航天技术也成为衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志。
  不久前,作为我国目前任务复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程,“嫦娥五号”任务实现了我国首次月面采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、携带样品再入返回等多项重大突破,其成功实施标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走规划如期完成。
  作为重要的参研单位,771所完整参与了探月工程“绕、落、回”三部曲的整个历程,在“嫦娥奔月”的过程里,我们看到了很多颇为吸引人的前沿技术,他们都与771所的贡献密不可分。从2002年的“嫦娥一号”开始,771所首次将空间效应重点防护技术应用于计算机产品中,使数管计算机产品成功完成了深空探测空间环境下的飞行任务。探月二期里,771所承担着登陆器上核心控制计算机的研制任务,2013年,该计算机随“嫦娥三号”按计划完成了着陆、分离、互拍等目标任务,为探月二期任务的收官做出了突出贡献。2018年,771所的计算机产品随“嫦娥四号”实现了人类首次月背着陆,同时,771所为嫦娥中继卫星(鹊桥)研制了星务中心计算机、固态存储器及成像观测相机控制器等产品。
  作为我国探月三期工程采样返回任务的核心,“嫦娥五号”探测器是能够与载人空间站并驾齐驱的最为复杂的航天器系统,由轨道器、返回器、着陆器、上升器4部分以及15个分系统组成。771所为上升器、返回器综合管理单元配套了CPU模块。CPU模块采用标准化、模块化设计,双机冷备份。作为综合管理单元的核心部件,CPU模块被称为综合管理单元的“大脑”,是上升器、返回器的控制源头,主要承担着测控应答机接收并执行地面发送的所有遥控直接指令、完成遥测数据的采集和遥控间接指令的分配,以及加热回路控制驱动、提供星上基准时间、采集各类遥测数据组帧下行等功能,负责控制各分系统,使其正常运转。
  唐磊介绍说,包括探月工程在内的深空探测任务的特点是飞行距离远、通信时延长、空间环境恶劣,这就对数管计算机的轻小型化、可靠性和自主管理能力提出了更高要求。这些年来,771所通过不断探索和优化,突破了小型化和标准模块的设计技术,使得该产品的功能/体积比大幅提升,开创了数管计算机的小型化先河,并突破了遥测数据复杂编码技术,确保了星地数据的可靠传输。在最近的这次任务中,“嫦娥五号”的计算机产品就采用了冗余备份技术、自主切机技术、小型化设计技术等关键技术,不仅帮助探测器实现我国首次月面自动采样返回、开展月球样品地面分析研究等任务目标,并且为科研人员带回中国人采集的第一抔月壤。
  中国成为继美国、苏联之后,全世界第三个掌握月球采样技术的国家,无疑标志着中国航天技术已经稳稳排在了世界最先进行列。唐磊自豪地介绍道,此次“嫦娥五号”用于保存月壤的采样封装器中采用的便是771所的SiP计算机LSCCU01RH,这是面向空间应用的高集成度、高可靠、小型化产品。LSCCU01RH模块,即中央控制单元SiP计算机,是771所宇航用SiP平台的典型产品。这款信息处理微系统模块以771所抗辐照SoC为核心,扩展了存储器及总线驱动器,实现了星载计算机的常用接口。其原理框架来自771所多年星载计算机型号研制经验的总结,在工艺实现上采用了新一代微组装技术,实现了计算机单板产品的器件化,满足了星载计算机轻小型化的设计要求。
  承担“嫦娥五号”和空间站发射任务的是“长征五号”运载火箭。被人们戏称为“胖五”的它是我国新一代无毒、无污染大型运载火箭,是我国未来的主力火箭和重点型号,运载能力达到近地轨道25吨。但如此一个庞然大物,却要精准地将有效载荷送至几百公里外的太空,如何确保火箭的精准控制?唐磊给出了答案:这要仰仗火箭的“大脑”——箭载计算机。
  箭载计算机是火箭控制和精确入轨的关键保证。“长征五号”能够稳定飞行,离不开771所研制的箭载计算机。它能够有条不紊地完成箭体参数录取、飞行轨迹误差修正,以及控制指令输出等多项复杂的控制任务,确保火箭的稳定飞行。箭载计算机采用多处理器并行执行、控制周期同步技术,7个中央处理单元在三中取二表决同步脉冲控制下完成箭体参数录取、飞行轨道计算、飞行轨迹GPS误差修正,以及控制指令输出等多项复杂的控制任务。7个中央处理单元之间设计有18条双向高速数据交换通道,完成箭机内部各处理单元之间的数据流传输控制。中央处理单元好比“大脑”中的神经元,而高速数据交换通道则好比“大脑”中的神经网络,将各个独立的中央处理单元组成一个有机结合的整体,共同完成箭载计算机的飞行控制任务。
  在“长征五号”火箭箭载计算机内部还设计了特有的“听诊器”,能够自动“监听”飞行控制软件运行过程中的各类重要参数,并在不需要软件参与的情况下,将这些参数自动组帧下传至地面测发控系统存储。这套“听诊”装置,唐磊称之为“总线监控技术”。该技术可以使控制系统在不修改飞行程序控制流程的情况下,获得更多的执行过程原始数据,及时、有效地发现系统中存在的隐患问题,为系统的故障定位提供判定依据。
  唐磊介绍说,总线监控及箭地高速串行通信技术首次实现了运载火箭动态数据的全面下传监测。但这项创新技术的研发过程从头至尾都是一块难啃的“硬骨头”!唐磊回忆道,从一开始,项目团队通过查阅大量文献,请教专家,反复修改箭载飞行控制计算机整机的设计方案,通过内嵌数据流“窃听”电路和增加相应通信协议,实现动态参数的自主采集和自主下传。航天人“严、慎、细、实”的工作作风使他们每一个人都默默坚守在试验室里反复排查,多次进行技术改进,不断迭代。在试验和测试阶段,团队不放过任何一个细微的异常现象,解决每一个出错概率极低的微小缺陷,保证动态参数传输的正确性和可靠性。这项技术创新,使得在不必修改火箭飞行控制软件的情况下,地面测发控系统便可全面获取箭上设备的动态参数,为火箭发射决策提供数据判据,目前,该项技术已经成为包括“长征五号”在内的我国新一代运载火箭发射决策的重要支撑技术。
  全情投入、宽容失败,鼓励大家放心去做、大胆去想的机制激励着771所的科技工作者们一步步推进创新与变革。唐磊坦言,正是一次次的大胆尝试,否定再否定、颠覆再颠覆,让他们获取了更多的技术更新和经验积累,让这个集体更加快速地成长壮大。
  当然,在研制过程中,不可避免地会遇到许多亟须解决的困难和问题,甚至是突发事件。但团队成员在攻坚克难中齐心合力,从不言放弃。唐磊回忆,我国载人航天工程首次无人状态交会对接任务进入最后关头的时候,“天宫一号”目标飞行器已在轨运行,“神舟八号”飞船即将发射。而就在这个时刻,传来了与“神舟八号”飞船同样技术状态的“神舟九号”飞船在整船热试验中出现异常,中央计算机在一个特定的温度段接收一条专用指令时死机的消息。按照常规,当出现这种情况时“神八”发射工作应该终止,待“神九”问题解决后再重新组织发射,但由于“天宫一号”在轨已经准备就绪,留给“神八”的“发射窗口”非常短暂。如果不能按期发射就必须至少推迟几个月,那样就会影响到随后的“神九”载人交会对接任务。
  时间紧迫,一场“三地大协同”的攻关战役就此打响。项目团队在西安组成了以唐磊为组长的技术攻关组并连夜开始故障定位和问题分析工作,而留给他和团队的时间只有72小时!分析、验证、推翻判断;再分析、再验证、再推翻判断……经过连续三天三夜对分析过程和各种试验数据的审查,唐磊和他的团队做出的“该异常现象仅在地面特定环境下,并且只有在接收特定指令时才会出现,不影响‘神八’飞行任务”的结论,最终得到了150多位“视频会诊”专家的一致认可,工程总指挥部当即决定“神舟八号”飞船按原计划如期发射!那一刻,唐磊疲惫的脸上终于露出了久违的笑容。他用一句话为此做了总结:“我们的工作就是这样——虽然艰难困苦,却也快乐并自豪着!”
  
“三十九项第一”
——“无论走多远,都不要忘记来时的路。”

  科技兴国,任重道远。这条路,布满荆棘,充满博弈。
  1965年10月,为了完成我国战略洲际导弹研制制导微型数字计算机的任务,中国科学院所属6个研究所的科技精英,肩负着祖国和人民的重托,汇聚北京中关村,组建了“中国科学院156工程处”,这便是中国航天科技集团有限公司九院771所的前身。
  回望56年来时路,几代771所人薪火相传,将个人事业与家国情怀紧密相连,起步于一穷二白,筚路蓝缕,从无到有,从小到大,用精诚和智慧、勤劳和汗水书写了771所不断发展的历史宏篇,在这一串串坚实成果的背后,都是一个个让人难以尽述的破局过程。一次次浪潮席卷中的坚韧顽强,从容应对,锻造了771所人钢铁一般的品质,也在潜移默化中形成了艰苦奋斗、创新发展、以人为本的文化内涵。
  实力是发展成果最好的证明。在这里诞生出了多项“世界纪录”和“国家纪录”。据统计,在56年一以贯之的接续奋斗中,771所先后取得全国五一劳动奖状、全国文明单位等国家级、省部级荣誉奖励117项,其中近10年获得国家科学技术进步奖特等奖、国防科学技术进步奖特等奖15项。尤其是建所56年来,“771所人”始终坚持自主创新,在国产化、所产化、确保自主可控的道路上奋力前行,创造了中国微计算机、半导体集成电路、混合集成电路发展史上的39项第一的骄人业绩。
  1969年年底,771所完成了从北京到临潼的搬迁。由科研条件相对完备的首都北京搬迁到了西安,虽然初来乍到,但是雄心致远,身负千钧重担,化作砥砺前行的动力,771所人围绕航天科技发展和国家重大战略需求,携手奋力,迎难而上,自行设计和制造了多种型号专用计算机,覆盖了多种任务类型,用耕耘和汗水将这条国防科技创新之路走通、夯实。
  随着改革开放的不断深化,771所开展引进吸收、对外交流的活动,向国民经济主战场拓展,拓宽了经济发展之路。通过这个时期的发展,全所形成了从系统到整机、整机到电路,配套齐全的全产业链科研生产体系,成为航天基础电子产业的重要基地。
  1993年,771所和691厂合并,组成了新的771所。在地域上,由临潼一地,发展为横跨四区五地,产业链初具规模,完成了再铸辉煌的“二次创业”,并成功奠定了国家队“大所”地位。771所也由此驶入了发展的快车道。
  正是在这个时期,唐磊自北京航空航天大学毕业之后进入了771所,开始开展相关技术的研究工作。自称“航二代”的他,父母都是771所建所时的元老,在他眼中,这是一个充满传奇色彩的英雄集体。唐磊回忆,他刚刚入所的时候,当时研究所的条件还相对比较艰苦,但是他看到老一辈的科研人员即便在条件不完善的情况下,依然坚持开展自主研发。他们加班加点,废寝忘食,遇到困难,解决困难,失败了,从头再来,有非常执着的精神,这给年轻的唐磊留下了铭心刻骨的印象,也让他牢牢记住了身为一名771所人应该具备的素质。
  在这种环境的历练下,年轻的唐磊一步步快速成长起来,并且开始身担重任。作为一名宇航嵌入式计算机领域的专家,他长期从事宇航用大容量数据存储技术研究。唐磊充分利用771所嵌入式计算机系统、微电子、混合集成三个专业相结合的优势,大力推进模块化智能系统和智能微系统技术的研究,主持完成了多种嵌入式智能模块产品,并首先应用于以CAST4000为代表的我国新一代卫星平台,推动了我国卫星电子系统的升级换代。
  星上数据记录设备是现代对地观测卫星和军事侦察卫星的重要组成部分,是获取境外侦察数据的关键设备之一。因此,星载大容量固态数据存储技术也是西方国家对华严密封锁的关键技术之一。十几年来,唐磊先后主持研发了五代适用于空间恶劣环境的大容量固态存储技术,创造性地提出既满足高速数据存储又适应海量数据高效检索的星载大容量数据存储系统集中管理、分布处理体系结构。在突破关键技术的同时,推动工程化和实用化,建立了产品系列和型谱,并应用于107颗不同类型的卫星,极大地推进了我国对地观测卫星技术的发展。
  唐磊至今保持着771所历史上任职时间最长的班组长(12年)和最年轻的总工程师(39岁)两项纪录。一方面脚踏实地,一方面仰望星空,成绩的取得不是一蹴而就的,唐磊在个人成长、团队建设和技术管理上倾注了大量心血,他所率领的研发团队多年来从事星船产品研制、探索新一代星载计算机技术的开发,始终坚持精细化管理,不断提升产品质量。在771所内部,甚至形成了这样一个“共识”,只要是唐磊带领团队承担的任务,不论是型号任务的研制,还是质量复查等日常管理工作,大家都有一种放心的感觉,因为这是一个管理有序、善于打硬仗的团队。这一切并不是凭一时的运气使然,而是长时间强化班组基础管理,不断提高组员质量意识、责任意识的结果。
  
“第三次创业”
——“一切出发点和落脚点,都是支撑国家的航天强国建设和满足老百姓的发展需求。”

  从2015年开始,771所进入了第三个发展阶段,被唐磊称之为“第三次创业”。也是在这一年,他进入了771所的管理层,开始担任副所长的职务。
  唐磊介绍,这一时期最鲜明的特点就是技术创新,全所在各专业领域取得了多项重大技术突破。几年来,771所充分利用整机与电路相结合、集成电路与混合电路相结合、设计与工艺相结合的独特优势,实现了核心技术由跟踪发展向原始创新转变、集成技术由平面集成向立体集成转变、技术创新由单学科向多学科转变、产品形态由单机配套向系统集成转变、发展模式由航天专用向高技术融合转变,逐步形成了计算机、半导体集成电路、混合集成电路三大产业齐头并进、科学发展的良好格局。
  2019年,唐磊正式接过了771所所长的接力棒。彼时,国内外形势正在发生深刻复杂变化,世界处于前所未有的大变革之中,特别是随着大国博弈的对抗加剧,亟须进一步加快我国推进国产化替代的进程。重担在肩,唐磊心里明白,当今世界,唯创新者进,唯创新者强,唯创新者胜!所以,他格外关注技术创新,不断加大研发投入,771所在发展的新航程上,始终不忘以科技创新塑造核心竞争力,占据行业发展制高点。
  “771所之所以能成为名所,是几代航天人接续奋斗的结果,在这个平台上,成长起来不少闻名全国和业界的大家。”唐磊心里清楚,要想让771所的科研水平长期傲立于世界前端,人才是第一资源,是企业快速发展的助推器。所以,自担任所长以来,他便筹划建立起一个四层金字塔似的人才梯队。
  “塔尖部分,我们希望在‘十四五’期间,形成100~150名博士组成的一个高端博士团队,让他们放开手脚,负责前沿技术研发。”唐磊介绍道,“我们制订了以先进微电子、高性能处理器、信息处理微系统、人工智能、量子计算等为代表的几大方向,未来绝不允许再让别人卡我们的脖子!”
  “金字塔的第二梯队是有一定工作经验的、优秀的硕士团队,他们瞄准用户需求,负责开发用户需求的新产品;第三梯队的人员则对我们既有的成熟产品,按照用户的要求进行升级和优化;第四梯队是我们现有产品的维护人员,为用户提供技术支持和服务,包括产品在生产过程中的调试等。”唐磊如数家珍,从他的手中正绘制出这样一张未来的宏大蓝图。金字塔梯队的建立,使得每一位选择奋斗的“771所人”都能找到与之能力相匹配的位置,从而最大化地帮助他挖掘潜力,发挥价值。
  唐磊认为,如果想要在这轮科技革新中占得先机,就必须加强自身技术预判,找准方向,提前部署,特别是在一些基础性、前沿性、探索性、颠覆性的领域精准布局。在他的牵头下,研究所旨在立足基础理论,做好771所“前沿、探索、颠覆”技术研发及探索,成立了研发创新中心,这也标志着771所的技术研发工作进入了一个新的阶段。研发创新中心致力于771所未来技术更新换代和产业发展,锻造核心竞争力,不断推进航天工程和武器装备的现代化进程。“研发创新中心采用一套全新的考核机制,我给了他们极大的自主权,包括工作时间都是自由的。”唐磊勇于打破条条框框,给了技术先锋们奇思妙想的空间和自由。
  与此同时,作为行业内顶尖的专家,唐磊自己一直也在思考,在这样的发展大潮中,嵌入式计算机将如何发展去扮演好核心角色?早在2013年,他在一次全所会议上,给出以下预判:首先,在可以预见的将来,计算机技术的发展仍将建立在以硅材料为主的基础上;其次,量子计算和神经计算至少在未来十年内还不会进入规模化应用。基于这一前提,未来嵌入式计算机将在摩尔定律和超摩尔定律的推动下,向体积越来越小、功能越来越强的方向发展,嵌入式计算机将越来越深地嵌入到目标应用当中。唐磊认为嵌入式计算机发展的最高境界,是我们无时无刻不在使用它、无时无刻不在享受它的服务,而又感觉不到我们在使用它,注意不到它的存在,就像用电一样自然。他坚信微系统技术将是超摩尔定律技术发展的重要手段,系统微小到足够小,就会出现意想不到的应用模式,一如现在的手机。
  基于这种前瞻性思考,早于同行业多年,唐磊就主持论证并组织建设了国内首条晶圆级TSV微系统生产线,可实现目前业内最大尺寸晶圆的TSV工艺研制、晶圆级先进封装产品的加工,集TSV立体集成、RDL再布线、微凸点制备、FC倒装、BGA封装于一体。在此基础上,结合771所三大产业融合发展的优势,他创造性地提出了信息处理微系统解决方案,在微纳尺度上集成各种成熟技术和成熟电路,通过系统优化设计,构建了高性能信息处理系统,具有支持多工艺和异质材料混合集成、研发周期短、研发成本低等优势,在一定程度上摆脱了半导体工艺及器件代差的制约与跟仿,解决了装备的自主可控和研制效率问题。他先后承担了多项核高基重大专项,其中依托“抗辐照微系统集成模块”项目,成功研发了国内首款星载态势感知微系统,将可见光图像采集、信息深度处理和微系统管理等功能集成于同一封装体内,实现了性能、体积、重量综合优化百倍的提升,处于国内最高水平。
  站在“第三次创业”的新起点上,唐磊带领的领导班子实施了从“四区五地”到“一体两翼”的战略布局调整,提出了2021年至2045年“三步走”的战略目标,即到2025年具备向世界一流电子技术强所建设发起冲击的条件;到2035年基本建成世界一流电子技术强所,成为保障国家基础电子安全、提供世界一流航天电子产品与服务的主导力量;到2045年全面建成世界一流电子技术强所,形成具有世界影响力的品牌,有效支撑世界一流武器装备建设。
  “功成不必在我,但功成必定有我!在这样一个伟大的时代里,我们见证和分享了科技发展给人类带来的福祉,也必将创造新的辉煌成果。”翘首新时代的潮头,星辰大海,明日可期,唐磊和全体“771所人”对于未来充满了雄心壮志。科
  
专家简介
  唐磊,48岁,研究员,博士生导师,现任中国航天科技集团有限公司九院771所所长。作为航天科技集团有限公司学术技术带头人,曾荣获国防科技进步奖二等奖、集团公司科技进步奖一等奖、陕西省国防科技工业系统青年突击手(标兵)、2020年度航天突出贡献奖等奖项,被团中央授予“中国青年五四奖章”,享受政府特殊津贴。他是我国宇航嵌入式计算机和大容量数据存储技术领域专家,主持完成了多种嵌入式智能模块产品,并首先应用于以CAST4000为代表的我国新一代卫星平台,推动了我国卫星电子系统的升级换代。所在团队研制成功国际上第一台采用FLASH存储介质的星载数据记录器。
  
  
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2021年7月下

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