雕刻火箭
在中国运载火箭技术研究院首都航天机械有限公司的车间里，数控机床高速运转。
随着刀具上下翻飞，火箭外壳、整流罩、贮箱……巨大而泛着金属光泽的原材料被迅速雕琢成型。
这里是中国航天的发祥地，也是中国运载火箭的诞生地。
“金牌火箭”长征三号甲、载人火箭长征二号F、新一代大型运载火箭长征五号等多型运载火箭，都是该公司承制的。
而为火箭生产车间里一台台数控机床赋予“智慧”的，便是该公司一车间数控加工技术研究室刘争带领的团队。
他的工作，就是“指挥”数控机床将图纸上的设计变为实物，为火箭加工出所需的各类零件。
17年来，刘争改造设备、优化工艺，开发出国内领先的角铣头五轴联动技术，提升了火箭壳段网格壁厚控制精度，不断升级火箭各部件的加工效率和产品精度。
从中国运载火箭研究院首届劳动模范，到中国航天基金奖、德国纽伦堡国际发明展金奖，刘争近年来屡获殊荣；2021年，他更是荣获了“全国五一劳动奖章”。
刘争在调试数控机床
长征二号F运载火箭
❶到中国制造业最前沿去
“小时候家里没钱买玩具，我就自己做。
用塑料泡沫做成船的形状，再找别人不要的小电机装上去，加个螺旋桨，就成了。
”从小，刘争就显示出很强的动手能力；高考，他顺利考入清华大学机械工程及自动化专业。
大学期间，两场讲座奠定了刘争未来的人生道路。
第一场讲座的主讲人是清华大学教授、中国工程院院士柳百成，他讲到，中国称得上制造业大国，但称不上制造业强国。
在讲座的最后，他语重心长地说：“身为清华机械系的学生，振兴中国制造业，就是你们的责任。
”这句话在刘争的心中扎了根。
第二场讲座，则来自首都航天机械有限公司时任总工程师王国庆。
在大学毕业前夕，刘争面临着人生的重要抉择。
作为清华学子，摆在他面前的选项其实很多，比如继续读书深造，再比如入职高薪企业。
这场讲座，是他与航天结缘的关键一刻。
当他走进公司参观，看到厂房内一台台高达数米的机床，航天与机械加工的联系在他的脑海里逐渐明朗起来。
“这里是中国制造业的最前沿。
我几乎在一瞬间就认定了，这就是我要来的地方！”
当时，我国航天领域面临着设计强但工艺弱的困境。
刘争入职时，正是该公司从手摇机床到数控机床转型的关键时期。
刚走出校门，面对全新的设备、工艺、软件，他只用一个月时间，就在建模软件里把100多个零件模型操作了一遍，并迅速成长为公司的业务骨干。
在跟随师父学习时，刘争对一个火箭零件的加工过程印象极深：它整体呈长方形，六个面都需要进行精细加工，其中还包括部分曲面结构。
最初，技术工人使用手摇机床进行加工，一个月才能生产出一件。
而引入数控机床，让这个零件的加工周期缩短至一周，曲面加工精度也大幅提升。
但“快”也带来了问题。
高速的刀具切削零件时会产生振动，如果振动频率恰好引发共振，轻则使零件报废，重则影响到机床本身甚至周围人员的安全。
于是在实际生产中，技术人员往往会选择比较稳妥的低转速。
但低转速产生的大应力会使零件发生微小变形，需要再有针对性地增加一道热处理工序，生产流程因此拉长。
“千台数控机床增效工程”便是针对这一问题开展的。
当时，年仅24岁的刘争就成了公司内这一课题的负责人。
火箭的大量零件并非标准品，刘争和同事要针对每个零件的特点摸索独特的工艺路线和切削参数，在项目进行的两年间，为了一个零件连轴转二三十个小时，几乎是他们的常态。
一张张图纸堆起了小山，一行行代码反复调了又调，终于到了检验成果的时刻。
刘争按下了启动键，平时，机床切出的金属切屑都是自然落地，而这次，高速加工中，切屑竟像子弹一样横向飞出，噼里啪啦地打在机床玻璃上。
这一幕虽已过去十多年，但每每回忆起来，刘争依然难掩激动，“这就是先进数控设备真正的威力！这才是数控加工！”经此一役，车间内的多台数控机床效率提升了20%至50%，刘争“数控骄子”的名号也在同事之间叫响。
❷给机床装上灵活“手腕”
机床加工，无外乎两种方式——车和铣。
如果以陶艺打比方，车床就是为陶泥塑形，铣床再进行精雕细琢，最终制出成品。
随着技术发展，数控机床逐渐在公司实现了大规模应用，但原材料的装夹仍需要人工操作。
生产人员将大体积的原材料放入机床时，难免会出现毫米级的细微偏移，而那时的五轴机床只能实现绕自身转台中心旋转加工，如果原料放置时偏离了机床中心点，加工出的产品必然会存在偏差。
于是，为了保证大型零件的加工精度，操作人员在放入原材料后，要准确测量其与设备中心基准的误差，工艺人员再通过调整计算机里的三维模型，按零件的实际位置重新编程，消除误差后才能进行后续加工。
每安装一次零件，都要重新测一次位置、处理一次程序，如果零件结构复杂，加工中途还要反复对半成品进行精度测量。
数据在不同工序之间传递，每个环节都要反复核对，也拉长了工作流程：每个零件的平均加工时间要12小时之久，生产人员则要24小时待命。
当时刘争正在学习数控加工相关技术，数控编程、虚拟仿真、机床结构、数控系统、五轴联动、后置处理等技术相互印证，逐渐融会贯通——五轴机床加工完全不必这么复杂！他重新编制了后置处理软件，构建了五轴机床仿真环境，通过旋转刀尖控制点功能，实现了零件随意装夹就可加工，不再需要人员24小时待命。
“还有一类零件的工序极其繁琐，但是最终成品的精度还不高。
”刘争回忆，在火箭制造过程中，常常需要对筒状零件内部进行精细雕刻，要高精度地完成这类零件的生产，难度呈几何级数上升。
“这就像是画鼻烟壶，但鼻烟壶能边看边画，我们的零件却是金属的，操作人员也没有透视眼。
”刘争笑道，面对这种任务，他需要通过数据建模，计算出零件内部的每个精细特征及加工方式，现场操作人员则面临更繁杂的操作，“比如一个零件内部既有水平槽也有斜槽，这两种凹槽就要用到不同形状的刀具，而每换一次刀具，都要重新校准机床。
”
刀具角度需要与零件内部平行，必须手动校准；刀尖接触到零件表面的坐标值需要回传，确定位置后才能开始加工；如果零件的特征点不明显，还要边加工边测量、对刀、校正……看起来并不复杂的零件，一来二去就要干上一两天；期间，人工操作和协调的过程需要进行数百次。
于是，刘争和同事打起了五轴联动铣床的主意，如果让机床的刀具具备摆动功能，机床便拥有了“手腕”。
“就像是牙医用到的一种L形打磨头，如果铣床能在圆筒内部旋转起来，配上L形角铣头，就能用一次编程实现零件内壁的整体加工。
”
“当时我们调研了很久，用五轴联动实现角铣头‘一键式加工’，没有任何成功先例。
”但刘争不服气，理论上行得通，就肯定能找到办法。
他每天都要和同事讨论思路、查阅资料，偶然间，一本机床手册上的一个界面给了他启发，“就像是窗户纸被一下子捅破了，豁然开朗！”
在2008年北京奥运会前夕，这项技术终于成型。
“当时为了给测试增加难度，我们特意没把原料放正，但机床不负众望，加工一气呵成！”刘争输入程序并启动了机床，刀具在圆柱形的铝棒周围翻飞，很快，一个奥运五环就显现出来。
曾经需要连续干上12小时的工作量，大幅缩短到了3小时。
只需两次校准，确定主轴与铣头的水平、竖直距离，铣床的“手腕”便在后台程序的指挥下灵活地动起来，实现任意角度、任意位置的切削，技术水平达到国内领先。
又经过几个月的完善，这项技术很快便推广到了各型火箭的制造中。
启动键按下，在不更换刀具的情况下，就能连续实现同种零件的批量生产，生产效率大幅提升。
❸微米级误差也不能放过
“航天科技的不断发展，需要的是创新性的工艺。
我们的很多工作方向都是自己主动探索的，现场加工人员遇到了困难，我们就要想办法去解决，提高加工的质量、效率和精度。
”在17年的工作中，刘争从不畏难，“我不怕难题，有时候还会自己去找难题。
”
火箭氢氧发动机具备的高比冲特点，让火箭能够以较少的燃料获得较长时间的推力。
不过，液氢的温度约为零下253摄氏度，点火发射时却将产生约3500摄氏度的高温，这对发动机零件来说是“冰火两重天”的考验。
为了让氢氧发动机更耐用，科研人员设计了一个小巧的结构——在总厚度仅几毫米的零件表面开出数百根槽，每道槽的剩余壁厚只有零点几毫米，还不足一张身份证的厚度。
液氢先流过沟槽，再进入喷管混合点燃，在这一过程中可以对周围的零件进行冷却，以抵挡尾焰的高温。
而这个零件的加工过程，可谓是在“针尖上跳舞”。
由于零件过薄，如果加工时背后没有支撑，零件就会“躲闪”——刀尖伸过来它会调皮地躲开，刀具收回后又弹回。
虽然曲面零件会搭配形状相同的模具，但刚性模具很难实现与零件的完美贴合，哪怕是0.1毫米的间隙，都会导致成品超出标准公差范围。
多年来，这个问题难倒了无数技术人员。
2019年，刘争把它列进了研究计划。
但和其他人不断优化模具以消除间隙的思路不同，他用了逆向思维：既然缝隙消除不掉，那我们把间隙扩大再填上，不就行了？
为此，他制作了一个试验模型。
待加工的零件用半截柔软的塑料瓶模拟，中间则是刻意留有缝隙的金属垫具，用手一捏，“零件”的变形情况就一目了然。
那么，哪种材料既方便灌入间隙，又能撑住零件防止微小变形？在近一年的时间里，刘争先尝试了各类沙子，但不管怎么压实，挤压时仍会出现变形；将锡、锑这类熔点低的金属加热成液体注入，再放到室温就可以固化，但它可能会与零件发生化学反应；注水结冰的办法虽然可行，但需要大量能源，结冰过程中的膨胀也可能损坏零件……没想到，最终的解决办法竟藏在影视布景技术里——把两种液体高分子材料分别注入缝隙，混合后就能变为固态，撑起待加工的零件。
新版垫具的缝隙反而更大了，这是刘争为了便于填充材料而特意设计的。
上机测试后，成品的公差100%合格，“老大难”问题终于被攻破。
最近，使用这项技术加工的产品已经在进行后续焊接剖切等一系列试验。
“我们所做的很多研究，都是为型号应用提前做好技术储备，一旦有需要，立刻就能顶上。
”
❹用1%成本实现100%成效
由火箭院抓总研制的长征二号F运载火箭，是我国第一型载人火箭。
火箭要能将更多载荷送入太空，就必须在保证自身强度的前提下不断“瘦身”。
虽然箭体材质以铝合金为主，自重已经很轻，但依然要通过轻质化设计持续减轻自身重量。
又轻又结实，这两个看似相互矛盾的要求，便是对生产技术人员提出的挑战。
火箭外壳看起来“光溜溜”，其内侧面却采用了网格结构设计。
纵横交错的“筋骨”织成一张网，保证结构的强度，而网格之间的区域则需要加工得尽量轻薄，实现减重。
“用来加工火箭外壳的原料，其实就是一整块金属板，需要我们用机床把网格的位置切削变薄。
”刘争解释道。
但每一片火箭外壳上都排布着上百个网格，即使每处网格仅加厚0.1毫米，对体积庞大的火箭来说，增加的重量都不可忽视。
而若是薄了0.1毫米，则可能导致箭体强度不足，产品就必须报废。
曾经，技术人员要手持设备，一格格地测量计算再调整机床参数，这样的繁琐操作被刘争通过巧妙的设计简化。
他对现有机床进行了改造，让它能“抓”着超声测厚仪测量零件，这样测得的数据更加稳定。
数据回传到系统后则自动计算补偿量，再根据需要进行二次加工，将偏厚的部分切削至理想厚度。
“平均下来，这项技术在保证结构强度的基础上，能让火箭单个壳段减重700克以上。
”凭借这项技术，刘争获得了德国纽伦堡国际发明展金奖，“其实测量补偿技术国外也是有的，但他们使用的是专门的设备，一台设备的价值可能就要上千万。
我们对普通的标准设备进行改造，自己编写控制程序，实现了同样的功能和加工精度，成本却只有国外的1%。
”
提升原材料的利用率和加工效率，是刘争一直追求的目标。
特别是对于批量化零件的生产，刘争在十多年前就运用“阵列循环”的思路，对机床既有程序进行了二次开发，“其实技术本身不难，但优化之后，我们就把公司的生产需求、流程和程序本身更好地结合了起来。
”不论原材料的尺寸有多独特，工艺人员都无需再提前计算排布，只要把原料的长宽高和零件数据输入系统，程序就能自己“跑起来”。
敲敲键盘，用控制程序实现生产效率的提升，这件事听起来容易，但要想实现，需要全盘掌握机床结构、数控编程、生产流程等各环节。
多轴工艺方案设计、数控编程、虚拟仿真、在线测量补偿加工、复杂工装设计……在同事眼中，刘争是一位“六边形战士”，“遇到解决不了的难题，找刘工准没错。
”
刘争研发的大量新技术，每迭代一次就能将加工效率提升数倍。
而现在，他又将目光投向了编制程序的效率提升。
将常见的零件特征编写成一个个加工程序模块，当遇到新零件时，技术人员无需再重新编写程序，而能像搭积木一样，选取所需的模块组装起来。
点几下鼠标，机床就能“听话”地开始工作。
最近，刘争和同事们正在研究如何利用机器学习等人工智能技术，计算出刀具用怎样的速度、轨迹进行加工才能实现最优，以此不断优化加工模块，“这样的编程方式，可以超越人的极限。
”
在刘争的办公室里，即使关上厚重的门，飞速运转的机床声也止不住往耳朵里钻。
但刘争对此却不以为意，始终埋头钻研最新技术。
“中国航天从无到有、从弱到强，离不开老一辈航天人的努力。
作为青年航天人，我真的很幸运，赶上了中国航天高速发展的时期，只有勇于创新突破，我们的火箭才能飞得更高、更远。
希望我们的后代仰望星空时，得到的不仅是星辰大海的治愈，还有民族的自豪与骄傲。
”
来源：北京日报
OlmoEarth v1.3发布：Ai2推出全球卫星嵌入模型
Ai2（艾伦人工智能研究所）今日发布了一款卫星地图嵌入模型OlmoEarth v1.3，并为全球范围提供了多种分辨率下预先计算好的年度嵌入数据，同时配套推出了基于浏览器的地图制作工具。该模型能够将一年的卫星观测数据压缩成数值指纹，最小分辨率下每个指纹对应10米乘10米的地面区域，同时也提供64平方米和128米分辨率的版本。
这种数值指纹捕捉的模式信息，可供其他软件用于区分农田、森林、矿区等不同类型的地表覆盖。
此前，使用OlmoEarth的主要方式是通过OlmoEarth Studio进行微调，针对每项任务训练一个模型，再将其应用于卫星数据以生成地图。
这种方式需要大量图形处理单元资源，以及下载和存储影像的能力。
此次发布的OlmoEarth嵌入浏览器是一款基于浏览器的地图制作工具。
这意味着任何人都可以将OlmoEarth用于实际工作，从追踪时间变化到寻找相似地点，无需注册登录即可使用。
嵌入数据代表了模型从数百万张卫星图像中学习到的内容。
OlmoEarth会读取一年的雷达图像及相关数据，包括Sentinel-1、Sentinel-2和Landsat的数据。
Sentinel和Landsat是提供地球互补视角的卫星任务：Sentinel-1测量雷达反射信号，而Sentinel-2和Landsat则捕捉可见光和红外波长的光线。
该公司表示，与以往版本的OlmoEarth模型相比，v1.3是其训练成本最低的模型。
其训练所用计算时间仅为最新版本（v1.2）的53%，为第一版（v1）的18%，碳排放量也分别仅为两者的50%和22%。
不过v1.2仍是一款强大的微调模型，对研究机构和合作实验室而言依然具有价值。
这些模型在现实世界中的应用场景 这些卫星模型有助于压缩跨越时间和空间的大量数据，这对于理解地球的变化方式非常有用。
在秘鲁马德雷德迪奥斯地区，围绕拉潘帕的非法金矿开采活动在2017年和2018年达到顶峰，在坦博帕塔国家保护区缓冲区内清除了超过1200公顷的森林。
亚马逊保护团队的MAAP监测项目报告了这一活动。
2019年2月，秘鲁的"水银行动"关闭了大部分采矿作业。
我们如何得知这一事实？ 嵌入数据给出了明确答案。
无需进行模型训练，仅通过比较不同年份的数据像素，观察2016年至2020年间的情况，可以清晰看到南部矿区带内有明显的向东扩张趋势：显著变化区域达34平方公里。
而同样的比较放在2020年至2024年间，这一面积降至9平方公里。
关闭行动的效果显而易见。
Ai2表示，对许多团队来说，针对某个想法测试OlmoEarth通常意味着需要进行一次微调运行，这是一项耗时数小时、成本高昂的艰巨任务。
而在浏览器工具中，初步分析仅需几秒钟即可完成。
仅凭少量标签对某个区域进行分析，无需使用GPU。
当某项任务确实需要进行微调实验时，嵌入数据可以帮助判断该实验是否值得投入计算时间，以及模型存在哪些不足之处。
揽月着陆器无人飞行：1次载荷不超50kg，中国登月时间能更快吗？
好消息！中国载人航天宣布，揽月着陆器（无人飞行）载荷征集来了，这虽然说是着陆器的一次征集，但也说明了我国整个载人登月计划的执行稳定推动问题，那什么时候执行呢？ 从当下我国锁定登月目标来讲，这没有任何的变化，就是预计在2030年前完成载人登月任务，所以，这是值得期待的。只不过，会不会提前多久，这个可能会看我国整个月球任务的进度情况，一般来说，从个人的角度来讲，应该就是在2029年左右进行，不太可能直接踩到线上来是吧，那下面我们就先看看着陆器的问题。
揽月着陆器要无人飞行：1次载荷不超50kg 对于揽月着陆器来说，其实这是我国月球计划之下最为核心的部分，因为要上月球，月球着陆器就是核心，它是带航天员，物资等上月球的关键。
按照我国针对揽月着陆器的设计来看，由登月舱和推进舱组成，主要用于环月轨道与月表间的航天员运输，可搭载2名航天员往返，并可携带月球车和科学载荷，是航天员驻月期间的月面生活中心、能源中心及数据中心。
只不过，这里大家看到2人不要误解，我国首次登月任务计划是3人前往月球，到月球表面是2人，这个要分开，这也说明了其中1人是在轨支持任务了。
所以，这一次我国发布的揽月着陆器进行无人飞行任务，那也说明了我国在正式“载人登月”前，要进行测试，确保各个航天器，火箭等系统的稳定性，这都是常态化的事情。
也就是借用这样的机会，我国推动一次无人上月球的测试，按照说明情况来看——这一次征集的载荷，单次任务搭载载荷总质量不超过50kg，总功耗一般不超过100W，这也说明了给出的空间还是较大，具体搭载什么，可能需要在后续公布了才知道。
所以，针对这一次任务来说，也是值得期待的，要进行无人飞行任务了，在无人飞行之后，必然也就会推动载人登月任务的执行，同时，要发射月面着陆器的话，我国登月火箭系统等方面的测试，也会到来，而且本身从方案来讲，我国是要利用2枚火箭来执行任务，那就是先采用两枚运载火箭分别将月面着陆器（“揽月”）和载人飞船（“梦舟”）送至地月转移轨道。
这说明了可以单独发射月面着陆器测试，但要测试整个系统的话，那肯定也是要进行梦舟飞船的发射测试才行，这还是组合体，具体的安排，就看我国后面航天中心公布了再看看。
中国2030年前登月，能更快吗？ 的确，针对我国整个月球计划来说，一直都是说在2030年前登月，但是相对来说，快也不是没有可能的，我前面也说了，一般来说，在2029年左右的概率是最大的，因为在此前，我国深空探测实验室就给出了一个时间表，那就是在2029年-2030年前登月，这说明了最快还是有可能在2029年，只不过，这一切都是取决我国的整个月球计划的执行过程，只有执行了，才是确定性的。
而从如今的揽月着陆器的征集载荷问题来讲，其实也说明了我国很可能会加速推进了，可以说针对登月任务来说，提前进行测试，这完全也是可以理解的，毕竟测试就是最为核心的。
如果测试都没有问题，那下一步就可以进行载人登月，要是出现了一部分的问题，那还是可以进行相关性的调整，也是具有充足的时间，所以，其实节点还是足够了。
而且，我国在今年也宣布了要进行长征十号甲，梦舟一号飞船的测试，当下还没有给出明确的调整时间，要是整个都测试完成了，后续只需要进行升级测试就行了，毕竟这都是我国登月之下的先锋版。
同时，载人登月火箭依照初期的节点，也是在2027年进行测试，这些都是相互相的，那么，我们就等待时间的到来吧，我国反正也是多次对外公布了，载人登月稳定推进，那说明了一切都没有问题。
如果真的存在变化，我国肯定早就做好了说明准备，不会类似于要执行人了，临时进行任务的改变，大家完全可以放心，不排除我国更快的登月，至少在任务节点之下，都在加速推动之中，这就是趋势。
载人登月难不难？ 对于载人登月来说，肯定是难得。
自从美国阿波罗计划之后，人类再也没有执行过载人登月，就算是美国重启载人登月任务——执行重返月球计划，美国也是面临各种困境，这不仅是烧钱的问题，还是技术上的问题，都是挑战性的。
当然，在载人登月的过程之中，也是推进人类走向深空的关键，所以，都进行。
那到底有多难？ 如在执行载人登月任务的过程之中，对飞船要求有极强的变轨能力，因为登月舱要进行近月制动，其变轨速度大约在八九百米每秒，且要留相当的变轨能力从环月轨道返回月地转移轨道。
登月舱着陆月面和返回环月轨道的速度增量都接近两千米每秒，要实现这个速度，飞船一半以上的重量都是推进剂，而且还需要精确的测控能力，对地面具有动态观察能力，自主调整能力等等，这些都是任务之下的难题。
所以，如果很简单的话，世界上早就有很多国家都已经执行了载人登月任务了，也就是难，如今也没有看到多少国家突破，而且在阿波罗计划之后，当下也还没有谁完成过载人登月任务，这就是问题的根本。
那么，时间虽然紧张，但是在执行载人登月任务之下，我们必须确保每一次的任务都可以完美的执行，并且确保火箭，飞船等方面全面的稳定，具有安全性等之后，才会开启登月任务，前夕的无人测试就是确保的关键。
而我国这一次发布揽月着陆器要无人飞行，其实也就是其中测试的一部分，那么，我们期待早点到来，只要无人测试稳定了，那么载人登月的任务也就来了，这就是趋势。
