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兩種模式確保航天員的安全

2012年06月21日16:10    來源:人民網-科技頻道     手機看新聞

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  兩種模式確保航天員的安全
  在載人交會對接中,由於任務的需要,神舟九號飛船要頻繁地變軌,以往實行的地面計算落點的方式可以為航天員實現安全返回提供幫助。然而,為了進一步保障航天員的安全,提升飛船自主運行的能力,飛船系統設計了在軌自主應急返回的救生方案。也就是說一旦飛船與地面失去聯系,地面指揮系統將無法為飛船計算准確的落點,飛船將啟動自主應急返回系統。屆時,儀表控制器應用軟件這個智能管理員將發揮作用,它可以進行軌道預報,並通過神經網絡計算落點的控制參數,尋找落點的優選方案,進而實現飛船的自主應急返回。自主應急返回系統的應用,進一步提升了飛船及航天員自身的安全性,實現了完全由飛船儀表控制器應用軟件自主快速計算返回控制參數的功能,解決了飛船在地面測控通信網外可進行自主應急返回的技術難題。神舟八號飛船在軌飛行期間,儀表控制器應用軟件針對自主應急返回進行了兩次在軌驗証,落點計算結果准確無誤,充分驗証了這一技術的可靠性。14個分系統參數全面匯集轉換
  神舟九號飛船和航天員相關的信息都能通過飛船的儀表來顯示。與神舟八號一樣,神舟九號也是由14個分系統組成。顯示飛船動態的有53幅頁面圖,對飛船上14個分系統各種參數全面匯總,艙內53幅頁面圖全盤掌控兩類應急救生模式的啟用等等,這一切,都依靠儀表控制器應用軟件來完成,這就是神舟九號的儀表控制器應用軟件智能管理系統。為了打造神舟九號的超級智囊,承擔任務的航天科技集團空間技術研究院的科技人員攻克了多項技術難關並刷新了技術指標。
  隸屬於儀表與照明分系統的儀表控制器應用軟件雖然聽起來不起眼,卻發揮智能管理員的重要作用。神舟九號飛船上14個分系統所有的參數內容都要通過數管分系統轉發到飛船儀表上來顯示,而要想將復雜的參數變成航天員可以掌握的直觀數值,儀表控制器應用軟件作為智能管理員直接發揮作用。也就是說當神舟九號各個分系統開始運行的時候,所產生的數據會匯集到數管分系統,然后智能管理員對數據進行匯總,並轉換為航天員可以直觀識別和操作的內容,並在儀表上顯示出來。這樣,航天員通過飛船上的儀表就可以直觀地了解與飛船有關的所有參數,時刻掌握飛船各個部分的運行狀態。
  53幅頁面圖全盤掌控飛船動態
  儀表顯示系統是載人飛行器特有的一個系統,它是實現航天員與飛行器進行人機交互的重要系統。它包括顯示終端設備、手動控制設備、語音提示設備等,航天員通過這些載人飛船上特有的設備可以及時地了解飛船的狀態、控制飛船,沒有了這些設備,航天員就等於沒有了“眼睛”、“耳朵”和“手”,失去了操控飛船的能力。
  神舟九號飛船全姿態圖、彩色地圖、載人交會對接頁面……在神舟九號飛船上共有53幅頁面顯示飛船各部分的情況。並根據載人交會對接任務的需要,顯示包括世界地圖、航天員身體情況等相關內容。這些都是由作為智能管理員的儀表控制器應用軟件來提供的。
  儀表控制器應用軟件採用獨特的圖形顯示技術,通過文字、圖形、動畫的方式,顯示出飛船軌跡、姿態、飛行狀態以及各分系統信息。使用這一獨特的圖形顯示技術,不僅能得到新穎的儀表控制器顯示效果,而且實現了空間智能化儀表中的圖形、文字的處理與顯示,為航天員執行任務提供了清晰、直觀、舒適的顯示界面,並且這樣的設計更符合人機工效學原理,提高了航天員執行任務的效率,減輕了航天員的負擔。中國空間技術研究院的科技人員為航天員想得更遠、更周到,在未來的空間任務中,他們將根據需要適當開發部分具有娛樂功能的界面,以便緩解航天員的精神壓力。
  為了滿足神舟九號、天宮一號載人交會對接任務中對人機交互功能特點的需求,在保障數據信息正常顯示的基礎上,增加了更為豐富的圖形顯示功能。基於以上顯示任務需求的增加,神舟九號、天宮一號儀表顯示設備使用大尺寸、彩色TFT液晶顯示器替換了以往使用的單色顯示屏。該設計為載人航天器儀表設備中首次使用,技術難度非常大,且沒有現成可以借鑒的設計經驗。液晶顯示器(LCD)在前蘇聯“聯盟”號、“東方”號等飛船和美國“水星”號、“雙子星座”號等飛船上都沒用過,他們當時一般多是用二次機電儀表,個別型號飛船上用了陰極射線管顯示器,美國也是到1993年才在航天飛機上試用。因此,這種液晶顯示器和地面不一樣,要解決承受飛船發射等一系列沖擊、振動等惡劣復雜的環境考驗,及考察其對空間微重力和輻射環境的適應性,加之航天器飛入太空之后不像地面儀表修理起來那麼方便,一切需從載人考慮,對其可靠性及安全性要求很高。
  為了能夠更好的滿足載人交會對接任務對人機交互的新需求,儀表顯示系統設備需要徹底的重新設計,技術難度非常大,一些技術是第一次應用,沒有現成的經驗可借鑒,這對於整個儀表顯示系統研制隊伍是一個巨大的挑戰,而且,承擔任務的是一支年輕的團隊,平均年齡剛到三十歲。
  這塊“難啃的骨頭”需要採用彩色液晶屏等新技術,每項新技術對於年輕的研制團隊來說都是一道道難題,但是,研制團隊並沒有被困難嚇倒,他們進行了合理的技術分工,對各個技術難題進行深入的攻關。從接到任務的那一刻開始,他們的辦公室和實驗室就亮起了長明燈,經常夜深人靜的時候這裡還燈火通明。那段時間辦公室裡最常聽到的電話就是家人催促吃飯的電話。就是這個團隊,他們用了5個多月的時間就完成了原理性樣機的研制,用了不到一年半的時間研制完成了原理樣機到電性件、鑒定件、正樣件產品。在這18個月的時期內,許多同志出差在外一、二個月,日以繼夜的查閱文獻資料與技術方案報告,許多人為了解決一個難題,通宵達旦地進行實驗,他們編寫的設計文檔就有一千多份,最終隻為了一個目標:用自己全部的心血和努力,去實現我國首次載人交會對接任務的圓滿成功。
  5萬行軟件代碼傾情撰寫
  神舟九號的超級智囊,是由5萬行軟件代碼所支撐。承擔任務的中國空間技術研究院的科技人員為了使飛船的超級智囊更加強大,傾注了巨大的智慧和汗水,以自主應急返回系統中的落區算法為例,僅這一項就需要完成6000行代碼的編寫工作。
  從2007年開始接受軟件的研制任務,中國空間技術研究院的科技人員就開始了儀表控制器應用軟件的研工作,為了讓智能管理員的工作更為高效,技術人員先后根據載人交會對接的需要,對儀表控制器應用軟件進行了十幾次的參數修改和更新,他們的目的隻有一個,就是使應用軟件這個智能管理員更為聰明、高效。
  天地之間收發E—maiI
  在天宮一號目標飛行器中,航天員可以像在地面一樣收發E—maiI,天宮一號的人機界面完全是按照載人狀態來設計的,航天員可以借助儀表控制器應用軟件與地面進行短信信息編輯和收發電子郵件,如果有一些比較重要的文字和圖像資料需要在太空中與地面進行交換,那麼航天員可以通過電子郵件與地面進行信息交流。而這些界面與我們地面互聯網的電子郵件系統一樣職能,可以直接輸入文字,並可以添加附件,傳遞大量的數據信息。
  在軌軟件適時更新
  為了確保軟件在軌期間的穩定運行,中國空間技術研究院的科技人員通過對軟件進行優化設計,巧妙實施了在地面就可以對目標飛行器上的軟件進行監測並適時更新,適時的對軟件進行升級,同時,還可以保証飛船上航天員的“超級智囊”增加新的功能。
  (中國空間技術研究院供稿)

(責任編輯:李鴿(實習)、馬麗)