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吴树范:无限乐趣在航天

作者:林帆

2018/8/24 16:48:23

  吴树范: 1984年毕业于南京航空航天大学,1990年取得博士学位,留校任教。1995年获德国亚力山大·冯·洪堡基金会奖学金,赴德国布伦瑞克技术大学任洪堡学者。1997年回南京航空航天大学任教,1998年4月任职正教授兼系主任。1999年起相继赴荷兰代尔夫特技术大学宇航学院和英国萨瑞航天中心任研究员。2002年4月赴欧洲航天局(ESA)航天技术研究中心任航天器控制系统高级工程师。2013年回国进入中科院微小卫星工程中心担任中法天文观测卫星总师、立方星任务总师总指挥,现任上海交通大学航空航天学院常务副院长、讲席教授。2018年4月,我会成立荷比卢分会,吴树范学长当选为分会会长。

  在吴树范眼里,世间最美的景物莫过于天际,那里遥远而神秘,缥缈又璀璨。

  他对神秘天际的这种爱好,源于童年。乡间夏天的夜晚,繁星闪烁。老槐树下,牛郎织女的故事从祖母口中娓娓道出,让吴树范为之着迷。可他的着迷,不为牛郎和织女,而为牛郎星和织女星。那份着迷和好奇,成为他生命中的那颗闪亮的北斗星,为他未来一生的事业发展指明了方向。

  从航空到航天,从航天到深空探测,天外之天的奥妙和美丽,深深吸引着他在航空航天领域不停探索,不断前进。

  “奔向祖国最需要的地方”

 

  2017年11月30日,国际著名科学期刊《自然》杂志在线发表了一项来自中国的重磅成果——暗物质粒子探测卫星团队的科研人员在破解暗物质这一谜题上率先取得突破。大名鼎鼎的“悟空”再一次吸引全世界的目光。

  时间拨回到2015年12月17日,四川西昌,我国首颗暗物质粒子探测卫星成功发射。“悟空”腾空,震惊世界。

  那时,吴树范正是这一科学卫星研制单位的副总工程师。他2013年离开欧洲航天局技术研究中心回国进入中科院微小卫星工程中心担任副总工程师、中法天文观测卫星总师、立方星任务总师总指挥。

  吴树范曾就职于欧洲多个航天机构。当年他放弃了优渥的工作生活条件,毅然选择回国加入到微小卫星的研发事业中。

  吴树范如此解释当年的决定:“在外国宇航局工作期间,每次中国载人航天器升天的时候,很多同事都跑来祝贺我。作为中国人,我为祖国航天事业的快速发展感到骄傲,同时,我也感到我需要回国了。”

  一段重大人生转折,被寥寥数语轻描淡写带过。对吴树范来说,奔向祖国最需要的地方,用奉献诠释报国热情,就是这名老共产党员的义不容辞。

  2018年5月,吴树范有了新的责任,他全职加盟上海交通大学航空航天学院,担任常务副院长、讲席教授。就职的第一天,他说:“航空航天事业的发展进入新时代,作为一名空天人,应背负起时代责任,不断创新,努力把学院建设成为一流的航空航天学院。”

  “航空航天事业是我灵魂深处的渴求”

  对于吴树范来说,1980年是他人生的转折点。这一年,他以优异成绩考入南京航空航天大学。如今,事隔30多年再次回顾,那些曾经的辛苦和坎坷让他几度唏嘘感叹。吴树范一再强调,“我是一个非常幸运的人。从宏观上讲,正赶上我国改革开放的新时代,使我从一个农村娃逐步成长为一名在高尖宇航技术领域的专家;从个人经历方面,我选择航空航天的路虽然几经周折,但每到关键时刻,冥冥之中总有一种力量能帮我‘转运’,借以实现自己心中的愿望。”

  吴树范是山东冠县人,家在农村,父母亲是小学教师。吴树范自小十分聪颖,在父亲的谆谆教诲下,刻苦学习,从小到大学习成绩一直名列前茅。初中毕业时,母亲要求他报考小中专,也就是当时的技术学校,以便早日就业,在经济上减轻家庭负担,也帮助弟弟妹妹顺利完成学业。在母亲的再三劝说下,吴树范几分不情愿地走进招考技校的考场。

  而吴树范一心想读高中,这时,一个机会来临了。1978年,山东省重点高中聊城一中“文革”后首次面向农村学生招收三个农村班。得知这个消息,吴树范当然不会放过,在父亲的鼓励下前去参考。结果,他以优异成绩同时考上技校和省重点高中。

  在技校与高中之间,家庭的实际困难使母亲的意见占了上风。省重点高中开学后,吴树范眼睁睁看着,却不能去报到。这时,命运给了他一次“转运”的机会。为保证省重点高中的生源和质量,聊城市教育局下文规定说,凡是被省重点高中录取的学生,技校不予考虑。这样,在聊城一中规定报到日期的最后一天,吴树范终于迈进了他渴望的高中课堂。

  高中两年,吴树范加倍珍惜这来之不易的学习机会,多少次的挑灯夜战,毕业后,他参加应届高考,取得了全县理工科状元的好成绩。这时,家里人建议他报考军医大学,这样在经济上、在衣食住行上全免,还有津贴,可以早日缓解家庭困难,而且学成后对家人、亲戚朋友都非常实用;但是他自己却很希望报考工科,如上海交大或北京航空航天大学,因为理工科,特别是神秘的航空航天技术领域,深深地吸引着他。

  考虑到家里的实际情况,吴树范第一志愿报考了上海第二军医大学,第二志愿选报了南京航空航天大学。上海第二军医大学考上了,可在参加军事院校的特别体检时,因为一只眼睛的视力差了0.1度,而未能录取。这样,又一次的“转运”,帮助吴树范选择了他喜欢的专业!

  吴树范庆幸当年步入了航空航天事业领域,以至于1998年,自德国回来任职于南京航空航天大学期间,吴树范同时获得两份国外的研究员位置,一个是来自新加坡南洋理工大学从事机器人控制领域的研究与教学位置,另一个是来自荷兰代尔夫特技术大学宇航学院从事航天飞机控制技术方面的研究位置。吴树范毫不犹豫地选择了后者,继续他对宇航技术的痴迷与追求,尽管前者在待遇和发展前景方面颇有优势。

  “知道我为什么痴迷航空航天事业吗?因为那是我灵魂深处的渴求。”吴树范的一句话,让他经历的那些坎坷的求学之路和尴尬、艰难的选择,顿时化作满天迷人的星光。

  “宇航技术,人外有人,天外有天”

 

  在南京航空航天大学的每一个日子,吴树范都加倍珍惜,加倍努力。10年寒窗,他一口气取得了学士、硕士和博士学位,并留校任教。1995年,他的研究项目《总能量原理在飞机横侧向飞行控制系统中的推广应用》获得了德国洪堡研究基金,应邀来到德国布伦瑞克技术大学飞行力学研究所,从事客座研究。吴树范从总能量原理出发,提出了将发动机推力作为主要能量来源,用飞机各操纵舵面实现能量的分配与转换,从而实现对飞机速度、高度和航向的综合控制与管理的新颖原理。

  为了改善飞机飞行控制系统的鲁棒性,他又申请了洪堡基金会中的欧洲研究奖学金,于1996年秋天来到了英国Strathclyde大学电子电气工程系,在工业控制中心作访问研究,师从国际自动控制理论界著名专家Michael J. Grimble教授。

  在英国3个月的访问期间,吴树范掌握了一个全新的理论——定量反馈理论,那是当时国际上十分关注的一种新颖鲁棒控制方法。他探讨了该方法在飞机横侧向飞行控制系统设计中的应用,并首次将此鲁棒设计方法与以解耦控制为特色的特征结构配置法相结合,成功地设计了既有性能鲁棒性,又具动态解耦特性的横侧向综合飞行控制系统,获得了出色的设计与仿真结果,其研究成果和报告得到英方和德方导师的高度评价。

  返回德国布伦瑞克技术大学后,吴树范将在英国所掌握的新颖的控制理论与设计方法应用到自己的研究课题,从飞机质点能量运动的原理出发,导出了大型民航飞机综合4维飞机轨迹/推力控制规律,并以某大型运输机为模型,进行了具体的分析与设计,获得了满意的仿真结果。

  1996年12月,吴树范向德方导师提交了一份沉甸甸的技术报告,详细阐述了自己的研究方法和成果,圆满结束了在德国的客座研究工作。1998年12月,吴树范应邀来到荷兰代尔夫特技术大学宇航学院从事航天飞机再入大气层阶段的飞行控制技术研究。从此,他的研究领域由航空转向航天,飞离大气层,转向外太空,乃至深空科学探测领域的宇航技术研究。“从航空转入航天,觉得航天更神秘,觉得人类很渺小,觉得人外有人,天外有天,技术之外有技术,科学之路很漫长。”

  说这番话时的吴树范,已经不是30多年前的高中毕业生了,而是欧洲航天局航天技术研究中心宇航控制系统的高级专家。

  “我们正赶上了空间应用领域的一轮革命”

  2011年8月在北京举办的“第三届海外高层次人才建言献策座谈会”上,吴树范应邀专程前来与会,并就国家航天高技术领域的发展方向和策略撰写了论文,提出自己的建议和观点。吴树范介绍说,进入21世纪,我国在应用卫星、载人航天、探月工程三大领域已经取得了突破性进展和骄人的成绩,受到世界各航天大国的瞩目与认可,成功跻身于世界航天大国之列,但在深空科学探测领域,我国在很多相关的技术方面目前还是一片空白,距离世界航天强国还有相当距离,落后于美国、俄罗斯、欧洲、日本等国和地区,尚与印度同处在起步阶段。

  在那次的座谈会上,他建议将深空科学探测作为我们国家的战略性技术领域,这决定着一个国家在未来国际舞台上的地位和在很多国际问题上的话语权,同时还能不断催生许多涉及国计民生的新兴产业。

  从回国伊始,吴树范就在不断为我国的航天产业奔走呼告、献计献策。他认为,我们正赶上了空间应用领域的一轮革命,中国的微纳卫星事业还正处于懵懂和起步阶段,有很多的商机。扩展新的应用领域大有可为,真正面向用户的领域是我们应该值得去探索的空间。

  2014 年底,国务院发布《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》,鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星。这引发了中国民营企业进入这一行业的热潮,促进了商业航天产业的发展。同时,像美国SpaceX等民企在航天领域如火如荼的举动,也带动了国内民营企业的“航天梦”“卫星梦”。第二年,国家发改委、财政部、国防科工局三部门又联合印发了《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025 年)》,再次提出支持民间资本投资卫星研制和系统建设。“许多商业公司从2015年开始进入到了航天领域。一些民企的微纳卫星也成功发射升空。”吴树范说。2015年因此被称为中国商业航天元年。

  如今,全球商业航天发展迅猛,未来五年无疑将扮演更积极的角色。面对马斯克梦想的“将人类送到太空旅游”的豪情,吴树范认为,虽然我们的航天技术比国外还落后十几二十年。而商业航天的差距只是几年而已。只要下决心做,十年内我们也可以做到“太空旅行”。“预计到2020年,我国将会有200多个微纳卫星在轨运行,目前了解到的就有30多个纳米卫星和100多个微卫星正在研发中。”

  吴树范说,随着大量商业微纳卫星发射升空,世界航天格局或将逐渐改变。“中国的微纳卫星技术虽然已经有了长足进步,但要赶超发达国家,我们还有很长的路要走。”吴树范在2018年中国航天日活动期间坦言,“中国微纳卫星的数量在国际上的占比目前仅有2.6,%,未来五年相信中国的微纳卫星占比会增长许多,或许会超过10%。”中国商业航天还是刚刚起步的朝阳产业,在微型和纳米卫星领域,黄金发展期已经不远了。2017年,吴树范创建北京微纳星空科技有限公司,在这场空间应用领域的革命中开始书写自己的故事。

  “路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。”这句源自屈原的名句,也是吴树范时常激励和告诫自己的座右铭。在那遥远、神秘的天际里,有他永不停止的探索和追求。

  (本文根据《留学生》编辑)