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精准飞控刷新航天领域中国精度


http://www.sciencehuman.com   科学人  网站  2012-08-09

 

  本报通讯员谢波姜宁

  本报记者于呐洋

  2012年6月29日北京航天飞控中心飞控大厅的大屏幕上,当3名航天员手持鲜花,向人群挥手致意的时候,如潮的掌声和一张张灿烂的笑脸把大厅变成了欢乐的海洋。首次载人交会对接任务成功,标志着中国成为世界上第三个完整掌握空间交会对接技术的国家。

  浩瀚太空,再一次写下中华民族的新荣耀。

  2012年6月24日,我国首次由航天员控制神舟九号飞船与天宫一号成功实施交会对接。

  一支富有生命力的科技创新团队,激活了航天飞行任务的“神经中枢”,以精准的飞控刷新了航天飞控领域的“中国精度”。

  ——11次轨道控制,次次精度远优于指标要求,为“太空之吻”铺设了精准轨道;

  ——打造了具有自主知识产权的航天飞控平台,实现了对天宫、神舟等多目标协同控制;

  ——突破了轨道重构技术,确保在异常情况下也能顺利实现交会对接……

  这是一支来自北京航天飞行控制中心的科技创新团队。他们以堪称完美的表现,履行了飞控成功率100%的誓言,再次将中国航天飞行控制技术推向新的高度。

  创新梦想——

  承载着飞控人的使命与担当

  从2011年11月3日“天宫”、“神八”第一次高难度“太空之吻”到2012年6月24日航天员手控“神九”与“天宫”精准对接,仅仅间隔了7个多月。北京航天飞行控制中心(以下简称北京中心)主任陈宏敏带领自己的科技创新团队,甚至没有休息一天,就投入新的战斗,两次任务备战实现了无缝连接。

  13天载人飞行、10余次变轨、2次对接,首次载人交会对接飞控复杂程度创下中国航天之最。提到这次任务的难度,陈宏敏主任一连用了四个“最”,“对我们飞控来说,最大挑战是‘天地协同控制’,最大难题是‘异常情况下的应急处置’,最核心的问题是‘飞行控制精度’,最关键的工作是‘确保航天员绝对安全’。尤其是航天员要手控飞船在太空中与目标飞行器精准对接,在我国航天发展史上还是第一次,挑战前所未有。”

  作为载人航天飞控神经中枢,重任再一次落在北京中心肩上。世界航天史上,载人交会对接成功率是65%,而我们的目标是一次成功,次次成功。

  梦想有多远,就能飞多远;创造力有多强,赶超的步伐就有多快。面对前所未有的难题,北京中心科技创新团队一边与时间赛跑,一边与困难鏖战,开始了艰苦的攻关。

  在短短7个月的时间里,他们立足最复杂、最困难的情况,制定了各类方案、预案700多项,进行了400多次内外部联调联试,精心编写了500多万字的各种总体技术实施方案,完善升级了近500余万行源程序的飞行控制软件系统。

  北京中心党委书记刘清华介绍,在执行载人交会对接任务的科技干部中,既有经验丰富的老专家,又有技术过硬的中坚力量,还有初露锋芒的青年才俊,可谓老将新星齐上阵。他们是中心科技创新团队的核心力量,是攻关创新的中流砥柱,他们凭着锲而不舍和自主创新打造了航天测控的奇迹。

  针对载人交会对接任务轨道控制频繁、精度要求高的挑战,轨道专家李革非和同事们优化了轨道控制策略、突破了精确轨道控制技术,实现了控制精度百米量级到十米量级的飞跃;

  针对两次对接实施过程复杂,技术状态变化大,天地协同要求高的特点,副总工程师李剑带领团队提出“飞控系统自动规划与辅助决策”的理念,带头开发了飞控协同工作程序自动生成模式,实现了飞控计划运行的全自动;

  针对载人交会对接任务多型号、多目标和各层次人员的需求,总工程师童斌带领团队打造了成为一种以测控应用软件为核心的全新类型任务平台,为飞行器铺设了一条安全、畅通、高效的信息高速公路……

  创新激情——

  激荡着飞控人的勇气与智慧

  6月18日“神九”与“天宫”在浩瀚太空完美对接的那一幕至今让人难以忘怀。

  它的背后还有不为人知的故事,完美对接的背后,源于北京中心几次远距离变轨控制的精准。

  “这几次变轨控制对于载人交会对接任务来说至关重要,能否使神舟九号在‘规定的时间’准时到达‘规定的地点’将关乎这次任务的成败。”轨道室主任谢剑锋说,“要准确控制两个以每秒7.8公里速度高速飞行的飞行器,就好比在太空中打两个‘移动靶’,精度至关重要。”

  早在任务前,他就跟同事一起对远距离导引段控制策略进行反复推演,突破了远距离导引最优控制策略及轨道重构技术。这一技术大大提高了控制精度,将原计划实施的5次变轨减为4次,在简化飞行控制操作的同时,也提高了航天员和飞行控制的安全性和可靠性。

  “打造软件航母”是软件室主任孙军的追求,作为“船长”,他带领研发的新型软件系统能够及时监测到像“暗礁”一样潜伏的隐患,大大提高了故障监控的效率,为载人交会对接任务搭建了可靠稳定的软件平台。孙军告诉记者“通过改进软件功能把人从重复性工作中解放出来,才能把更多精力投入到创新中”。

  就在手控交会对接前几个小时,遥测岗位故障自动诊断系统发出了一阵刺耳的报警声,如果不立即采取措施,将直接影响即将进行的手控交会对接。情况万分紧急!总体室主任陈险峰却异常冷静,他迅速组织故障小组,按照预案对陀螺进行了重新关机、开机,不到半个小时,故障顺利解除。

  当手控对接圆满成功的口令声响彻在大厅的时候,陈险峰露出了会心的笑容。他心里十分有底,任务前,他们一起准备的各种故障预案多达上百种。

  遥测工程师姜萍为了设计出准确可靠的遥测总体方案,对十几个分系统、20余台设备、1000条遥控指令、300多个重要飞控事件涉及的上万个参数反复确认,了如指掌。她开发的《飞船重要事件自动监视判断系统》,把关键飞控事件中重要飞控参数挑选出来,自动监视判断,减少了人为因素带来的不准确性、滞后性。

  创新足迹——

  镌刻着飞控人的顽强与坚韧

  2012年6月24日12时47分,当“神舟九号”与“天宫一号”在苍穹紧紧相拥的时候,总体室副主任邹雪梅像孩子一样高兴地又蹦又跳,眼睛里却浸满了泪水。8分钟,140米,她足足走了7个月!7个月里,一次次反复验证,一次次推倒重来,她拿出了首次载人交会对接任务10余个版本,达百万字的飞控方案。

  “创新就好比一场马拉松比赛,如果不坚韧,很难坚持下来。”创新的路上,邹雪梅和同事们走了7个月。而北京中心副主任麻永平,在这条路上已跋涉了近30年,每一步都坚实有力。

  麻永平副主任回忆:“1996年中心刚刚成立时,距离首次无人飞船发射只有不到三年的时间,一切都要从零起步。”

  16年来,从无人飞船到交会对接,北京中心科技创新团队把一系列关键飞控技术都印上了“BACC制造”,他们迈着创新的步伐一步步实现着自己梦想。

  任务结束后的那个晚上,面对纷飞沓至的贺电、亲朋好友的祝福,北京中心科技创新团队没有沉醉于此,航天城品字型飞控大楼依然灯火通明,他们依旧像往常一样加班攻关,嫦娥三号任务备战已经启动了……

    [新浪网-法制日报]

 

 

 

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太空之吻 他们导演

——记航天科技集团五院五零二所手控交会对接研制团队

不同于之前航天员的“坐”飞船,执行我国首次手控交会对接任务的神舟九号乘组,第一次“开”起了飞船。

这可不比普通的开车,“神九”没有方向盘、挡把儿、仪表盘,有的是摄像机、靶标、显示屏和两个特殊的“手柄”。

6月24日13时,右手把着姿态控制手柄,左手握着平移控制手柄,航天员刘旺盯着眼前的显示屏,X值越来越小,这意味着飞船距离天宫一号越来越近。

十字靶标与摄像机中轴重合,屏幕上的“对接环接触”、“对接环捕获”的原点由灰色变成绿色,对接成功!

我国首次手控交会对接,呈现在世人面前的完成过程是如此简单,不单是航天员,就连很多亲身尝试过模拟试验的“外行人”,都对这套如此“亲民”的系统赞不绝口。

殊不知,“简单实现”的背后,隐含着一系列复杂的实现过程。为此,航天科技集团五院502所手控交会对接方案设计团队历经了十几年的攻关。

十几年,他们踏踏实实地干成了一件事。

2000年,这支团队开展预先研究时,手控交会对接究竟能不能立项、什么时候立项还悬在空中;等到2005年正式立项时,项目什么时候上马也是个未知数。“除了全身心地投入预研,其他的我们没多想。”交会对接组组长解永春回忆道。

这支约20人的队伍,女性占40%左右。这么多年来,团队里最大的头衔不过是交会对接组组长,没有职称,也不能马上见到成果;这么多年来,如果转到其他型号的任务中,凭着他们的本事和能耐,实现“短平快”、取得“立竿见影”的成绩,轻而易举。

“这些人,是怎么赶都赶不走的!大家对手控交会对接的情结根深蒂固。”解永春说。

这支团队的风气就是“吵吵吵”,越“吵”感情却越好。“团队里的每个人都个性十足,但不管怎么吵、怎么争,都是为了实现手控交会对接的目标。”解永春说。

解永春是这支团队的灵魂人物,但团队里的年轻人却从来不会盲从于她,为了一个设计方案的细节如何处理,年轻人可能会和她争得面红耳赤。

山东姑娘王颖是跟她“吵得最多”的女设计师。王颖平时低调、不爱说话,可一涉及工作,她却“分外较真”。单单是为了“交会对接时,究竟应该选取飞船还是目标飞行器作为参照物来进行方案设计”,王颖和解永春就反复争论了好久。

事实上,这两种方案并没有对错之分,选取谁作为参照物都不影响交会对接任务的完成。唯一微小的差别在于站的角度不同,争论的焦点就落脚在哪种设计方案更加符合人的习惯,让航天员看着更舒服、操作更合理、接受起来更容易。

此前,世界上只有美国和俄罗斯掌握了交会对接技术,而他们的技术对外是完全封锁的。当预研工作完全要“从零开始”时,在现在看来非常简单的一项设计,却是这支团队经过很长时间才一点点摸索和论证出来的。

预研工作刚刚起步时,“那时候大家天天都在争吵”。每一个小环节都可能要经历多番激烈的争执,经过反复的互相碰撞、启发,设计由此得到反复的优化。

“尤其是我们团队里的每位女同志都很有个性,从来没有谁说了算,很多时候大家为了方案能设计得更好而‘吵’得不可开交。”解永春的话里透着得意,这位干练的河北大姐总是风风火火,即使静下来,似乎也在琢磨事。

吵到最后,成形的设计方案最初是谁提出的,已经没人说得清。因为在这个漫长的争论过程中,每个人都会站在不同的角度独立地提出问题,方案得以博采众长。

“我们这个团队还有一个比较突出的特点,就是博士论文研究的课题都大胆地往天上放,敢用!”解永春不无骄傲地说。博士论文奠定了研究所的理论基础,理论又直接转化应用到工程之中,“没有一个是浪费的”。

学为所用,在34岁的张昊身上体现得特别明显。2003年,他到502所攻读博士学位,研究的课题是基于CCD光学成像敏感器的交会对接自主导航,就是奔着工程应用的目标而去。他毕业后,课题直接转入工程研究和应用。近些年,诸如关于CCD测量敏感期算法的研究,关于视线制导的研究,关于安全路径、轨迹安全的研究等等,都已经“飞到了天上”。

张昊也被这个一心追梦的团队熏染得有点“不食人间烟火”。为了交会对接,即使出国的所有手续都已办妥,他都一次又一次放弃了出国留学的机会,“我顾不了那么多,任务需要我,只能带着梦想闷头冲。”

凝聚集体的前提下,保持每个人的个性。团队成员越吵关系越紧密,同时在互相碰撞和启发中更加相互尊敬,以及学研用紧密结合。这些,或许是这支团队拥有极强战斗力的秘诀。

本报北京8月9日电

    [中国青年报]

 

 

   

 

 

 

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