极限之舞

——航空航天与军工可靠性发展巡礼

    文/记者 马宁

    从“两弹一星”横空出世，到长征系列火箭发射上天；从歼十战机腾空而起，到“神舟”飞船将宇航员送上太空，航空航天与军工领域总是不断产生着令中国人振奋与自豪的奇迹，让全世界从中倾听着中华民族走向复兴的脚步。

    早在上世纪60年代，周恩来总理就为当时尚在初创期的我国航天事业提出了“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”的16字方针。从那时到现在，这16字方针成为了整个中国航空航天与军工领域共同遵循的基本原则。在这个对可靠性的要求近乎极限的领域里，“中国制造”所代表的高可靠性、高安全性已经得到了世界的公认。

    “0．0107”见证不懈追求

    2009年3月，众多媒体报道了一条引人注目的新闻——空军某部飞行员李峰在驾驶歼十战斗机训练时，遭遇发动机空中停车的重大险情。李峰果断采取应急措施，操纵失去动力的战机成功实现迫降。

    在为飞行员的临危不乱叫好之余，很多人一时间对歼十战机的可靠性产生了疑问。对此，专家表示，世界上任何军用航空发动机都不可能不出现发动机停车的现象。歼十所使用的从俄罗斯进口的AL-31发动机，在俄军使用时也出现过数十起空中停车的事故。正因为如此，设计人员在歼十的动力系统中采用了可靠性技术中常见的“冗余设计”——

    一般来说，战斗机的发动机系统不但要提供飞行的推力，还要为控制系统提供电源供应。而歼十的动力“冗余设计”就是设有备用发电机，可以在发动机停车时，为控制系统提供动力。这次歼十迫降，显示在发动机停车情况下，飞机仍然处于可控状态，这充分说明“冗余设计”是有效的、可靠的、成功的。

    其实，即使在起步较晚的航空发动机技术领域，我国也已取得了长足的进步，与发达国家的差距正在缩小。空军某院校科研人员唐万文说：“我国的航空航天发动机研究是从测仿前苏联产品的基础上发展起来的，开始于上世纪五六十年代。在从测仿、改进改型到自我研制的道路上，我国在可靠性、耐用性方面投入了巨大的资金和人力。”

    确实，从进口前苏联以及乌克兰等国家的发动机用于我国的战斗机和教练机的生产，到现在我国自行研制的“太行”、“秦岭”以及“昆仑”发动机投入使用，无不展示着我国航空航天发动机的一次次突破，而可靠性技术的提升正是其中的重要组成部分。“太行”发动机总设计师张恩表示，“太行”发动机投入使用后，下一步的发展计划将把增加推力和提高可靠性作为重要改进内容。

    众所周知，航空航天硬件的高可靠性是建立在大量试验的基础上。早在上世纪90年代，国家就发出文件，明确要求不做可靠性报告的武器研究课题不予立项。相关部门在QJ1408A-98《航天产品可靠性保证要求》中更是对研制航天器过程中的可靠性试验提出了明确要求。在航空航天项目立项、招投标过程中，可靠性也越来越受到科研机构和项目主管单位的重视。

    可靠性的精益求精，除了设计的精益求精外，还要求超乎常规的大量投入。“每一种航天器要达到设定的标准，都需要进行成千上万次的试验。”北京航空航天大学无人机设计研究所型号可靠性主任设计师、北航可靠性工程教研室副主任章文晋以自己参与的项目为例谈到：“在试验过程中，我们会实行‘611’工作制，即每星期工作6天，每天工作11小时。”

    航空航天可靠性研究的成果，在“神舟”飞船载人航天工程这样的重大项目中得到集中体现。

    在“神七”发射前，担负发射任务的长征二号Ｆ型火箭可靠性评估值从原来的0.97提升到了0.9807。“神七”火箭系统总指挥荆木春在接受央视主持人白岩松采访时说，“神舟”载人航天工程在立项研制时，要求火箭的可靠性指标要达到0.97。这样的可靠性，就是要求100次发射里只有３次火箭可能出现问题，“担负‘神七’任务的这枚长征二号Ｆ型火箭，可靠性评估值提高了0.0107，也就是说在100次发射中，火箭可能出现问题的几率不超过两次。”

    “通过‘神六’发射，通过自身复查，通过其他型号火箭的相关经验，我们发现了一些原来设计中没有认识到的问题，对‘长二Ｆ’火箭做了36项改进。”“神七”火箭系统副总设计师宋征宇说。面对白岩松“‘长二F’火箭是可靠性最高的火箭之一”的赞誉，荆木春的回答是：“成功是在做工作基础上取得的，我们把每一次发射都当作从零开始。”

    据中国航空工业发展研究中心的专家介绍，在最近备受瞩目的国产“大飞机”项目中，国家将投入500亿〜600亿元用于包括发动机等相关技术的研发。据保守估计，将有3000多人同时参与大型飞机的设计，目前，20多项关键技术已经开始攻关，其中就包括可靠性试验。

    毋庸置疑，无论对于中国的航空航天事业，还是航空航天和军工可靠性研究，这必将成为又一个辉煌壮举的开端。

    软件可靠性托举“极限飞行”

    “随着计算机技术在航空航天领域的大量应用，软件在其中的地位越来越重要，有不少空中停车事故就是由于电子系统软件出现故障。”唐万文说，软件的大量应用，极大地提高了航空航天器的精确性、灵活性和快速反应能力。目前，我国航空航天的软件可靠性水平低于硬件，相关研究人员正在急起直追。

    航天标准化专家邵德生说：“我国航空航天的软件工程化在国家人力、财力的投入下，已经逐步缩小了与发达国家的差距。一些科研院校也开设了相关的专业，从本科开始就教授这类课程。”在北航可靠性研究所所在的“为民楼”内，记者看到了这里设立的“软件开发环境实验室”，章文晋告诉记者，这个实验室是北航最具特色的实验室之一，从设立之初起就受到了业内专家的瞩目。

    记者从中国航天软件评测中心了解到，这个中心作为对航天软件进行第三方独立评测的专业机构，在从“神一”到“神七”的研制过程中，先后设计了上万个使用例对软件进行测试。

    为了给可靠性定量评估提供基础数据，长征二号F火箭首次研制了可靠性、安全性信息采集、处理和评估系统，将火箭地面试验和飞行试验的数据采集、存储在可靠性信息库中，并对数据进行管理和统计处理。“神七”发射时，长征二号F火箭可靠性定量评估指标的得出，这一系统功不可没。

    在航空软件领域，可靠性技术研究人员的身影同样活跃。

    作为我国自主研制的第三代战斗机，歼十战斗机被认为在先进气动布局、数字式电传飞控系统、高度综合化航空电子系统和计算机辅助设计等方面实现了“四大突破”。不难看出，这些技术突破大都与航空软件有关。

    据歼十战斗机双座型号总设计师杨伟介绍，数字式电传飞控系统会将飞行员的操纵动作，以及飞行情况输送给飞行控制计算机，通过计算机的运算处理，再将控制指令传递到飞机各操纵舵面。航空电子系统能将各种操作通过计算机综合处理、集中显示，使得飞行员在作战过程中能够实现两手不离驾驶杆和油门杆，大大提高了飞机的信息处理和作战效能。

    为了验证以上系统的可靠性，歼十先后进行了数千次试飞测试，其中不少属于危险性极大的“极限飞行”课目。当时任中国飞行试验研究院院长的沙长安这样形容某次试飞的情景：“大气与机身急剧磨擦产生的刺耳噪音，盖过了发动机的轰鸣，我的头发一根根都竖了起来。”

    通过一项又一项这般严酷的测试，歼十飞行系统的可靠性得到证明。国内有关军事专家表示，歼十战斗机研制的一大收获，就是让我国形成了拥有自主开发能力的、覆盖飞机设计各方面的计算机辅助设计体系和研发平台。

    如果说，歼十战斗机的研制成功，是我国迈向航空强国的一块重要里程碑，那么，可靠性卓越的航空软件无疑是托起这块里程碑的一块坚实基石。

    Tips

    可靠性技术：战火催生的文明之花

    中国兵器质量与可靠性中心的李良巧研究员告诉记者，在二战中，美国制造的武器曾经遭遇“可靠性怪圈”：出厂时检验合格的武器，不论是在欧洲战场还是远东战场，开箱合格率仅为60%〜70%，使用过程中的合格率甚至会降到50%，电子设备在规定期内仅有30％的时间能有效工作。在此期间，美国因可靠性问题损失的飞机数量是被敌方击落飞机数量的1.5倍。而德国的武器同样遭遇尴尬：1944年，纳粹德国用V-2火箭袭击伦敦，有80枚火箭没有起飞就在起飞台上爆炸，还有不少火箭没有到达伦敦就掉进英吉利海峡。

    总结“可靠性怪圈”的教训，美国成立了世界上首个可靠性专家学术组织——可靠性技术组，用以推动武器装备的可靠性研究。但美国武器可靠性差的问题一时难以有较大改观。在朝鲜战争中，不可靠的电子设备让美军大伤脑筋。据统计，当时美国军用电子设备的维修费用为基本成本的两倍。

    “为改变这种状况，美国国防部成立了‘电子设备可靠性咨询委员会（AdvisoryGroup on Reliability of ElectronicEquipment）’，简称‘AGREE’”，李良巧说，“1957年，AGREE发表了‘军用电子设备可靠性’研究报告，明确提出产品的可靠性是可建立的、可分配的和可验证的，由此建立了可靠性工程学的框架，成为美国可靠性工程发展的奠基性文件。”而美国的军用标准，随后也成为众多国家军工行业的参考标准。

    从上世纪60年代起，可靠性技术被大量引进航天领域，并应用于阿波罗号登月工程等重大航天项目。随着可靠性观念的普及，现代的可靠性研究范围已经从军品扩展到了民品。作为人类科技文明的一大成果，发端于战火之中的可靠性技术真正成为了造福社会大众的工具。