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神九与天宫精确对接,离不开北京航天飞行控制中心的远距离控制——

太空亲吻有红娘(关注)

2012年07月02日06:18    来源:人民日报     手机看新闻

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图为飞控核心团队在工作。

  于 涛摄

  6月18日下午,在北京航天飞行控制中心的指挥调度和精准控制下,神舟九号飞船经历精确入轨、远距离导引之后,顺利完成与天宫一号首次交会对接。

  “精准”的背后,隐藏着一支坚固而善战的飞控团队,他们是飞控系统的核心组成部分,是任务成功的关键所在。正是在6月18日交会对接之前,他们对神九飞船进行了又一次的远距离导引控制,将飞船导引到天宫一号后下方52公里处的天地导引交接点,由于控制非常精确,轨道精度从百米量级提高到了十米量级,为成功实施交会对接铺设了一条精准轨道。

  记者在北京航天城现场采访首次载人交会对接时,遇到了这支核心团队里的核心人物。

  “载人交会对接是大片,我们写‘脚本’”

  “如果说载人交会对接任务是一部科技大片,那么脚本就是我们总体室制定的。”北京航天飞行控制中心总体室主任陈险峰说。

  协同工作程序就是这部大片的脚本。载人航天飞行控制任务十分复杂,需要正常以及应急飞控协同程序来指导航天员、飞船、试验队、测控站(船),以及各飞控岗位的协同关系。如何在飞控任务中实现飞行器、有效载荷以及测控系统协调一致工作是确保正常飞行的前提。所以,测控的第一道难关是制定总体飞控方案。

  陈险峰说,制定方案要对任务有全局的把握和超前的判断,最难的是对整个载人交会对接任务各项飞控事件的规划。

  此次载人交会对接任务有三个显著特点。第一个就是飞控事件密集,第二个是应急情况多,第三个是安全性要求高。尤其是航天员手控对接,是航天员手控、地面遥控、飞船自主控制、天宫一号密切配合的复杂过程,飞控实施需要多个系统一起密切协同。另外,在载人情况下,应急情况增多,对各类方案预案准备提出了很高的要求。这些都需要在总体方案中进行周密的编排。

  “我们编写了46份飞控方案。针对任务中可能发生的故障设计的应急预案有300多种。”陈险峰介绍说,这次任务,有了航天员的参与,涉及应急返回的情况很多。因此对整个飞控过程进行了充分的分析,主要针对像飞船返回舱或轨道舱失压或失火、返回前调姿异常、制动发动机开机异常等30多种故障该怎么处置,设计了包括自主应急返回、紧急返回、手控半自动返回、中止返回等10余种应急预案。保证飞船和航天员在各种异常情况下都有应急处置对策。

  太空“玩杂技”,毫厘定成败

  从太空轨道方面来说,与首次无人交会对接任务相比,这次载人交会对接变化不大。但确保每次控制都高精度顺利完成,仍是北京航天飞行控制中心轨道室团队面临的最大压力。

  北京航天飞行控制中心轨道室主任谢剑锋介绍说,难点集中在三个方面,第一是远距离导引。能否精确完成数次远距离导引控制依然是影响交会对接成败的决定性因素。第二是航天员手控交会对接。航天员的参与,使不确定因素增多。飞船接近过程中,要求地面实时监视判断相对距离,有碰撞风险时,需地面实施紧急避撞控制,实施的难度和风险都很大。第三是返回落点预报。预报精度决定着搜救部队能否第一时间找到航天员。

  频繁的控制可谓环环相扣,任何一次轨控出现故障都会影响后续控制,可谓失之毫厘,谬以千里。

  神舟九号入轨时与天宫一号相距约1万公里,通过多次变轨才能使它达到天宫后下方52公里处,这几次轨控每次都有既定目标和任务,首次交会对接任务时,5次控制做得分毫不差、干净利落。

  “这次任务,我们面对同样的挑战,压力依然很大。就像能把高难度的杂技玩的次次漂亮,也不是一件容易的事。我们业内有一句话,‘一次成功不等于次次成功’。航天飞控,每一次都要从零开始,每一次都如履薄冰。”谢剑锋说。

  轨道室科技人员针对任务过程中可能出现的太阳风暴、碰撞规避等突发情况,实施应急轨道控制进行规避研究,制定了预警计算和控制结合的规避策略,为任务成功提供了坚实的保障。

  1100余万行代码构筑测控平台

  每次航天任务,北京航天飞行控制中心飞控大厅最吸引眼球的地方莫过于大厅最前方的巨幅显示屏,屏幕上的三维动画把飞行器在太空中飞行的姿态真实实时的展现出来,这得益于北京航天飞行控制中心软件室自主开发的一套功能强大的航天测控可视化系统的支持,能将抽象的数据通过形象的动画显示出来。

  “这只是我们软件室工作的一小部分。软件系统是任务的基本平台和核心基础,所有的飞控方案最终都需要软件去实施。可以说,软件系统是中心的‘软装备’。”北京航天飞行控制中心软件室主任孙军说。

  早在2007年,软件室就针对交会对接任务提前开展我国新一代飞控软件系统研制工作。这套既能同时执行多个不同的任务而互不干扰,又能在同一任务管理高关联度多个目标的软件系统,拥有1100多万行代码,经交会对接验证,使我国航天飞控能力再次实现历史性跃升。

  “大家都知道,微软、Windows会经常发布一些补丁的代码,而对于我们的航天飞行控制软件来说,我们要尽量的追求完美,追求它缺陷最少。”孙军说,针对这次任务“载人、手控对接”的新特点,我们对这个庞大复杂的系统进行了87项技术状态更动,仅是软件系统代码更动就有约11万行。针对手控对接,新增23个显示页面,目前显示页面有近500个。为首次载人交会对接任务构筑了安全可靠的测控平台。

  “有我中无我”是我们追求的境界

  如果把整个飞控过程比喻成一部大戏,把交会对接比喻成优美的双人舞的话,北京航天飞行控制中心的指控室就是搭舞台的人。作为飞控系统的硬件支撑平台,他们的任务就是保障这个平台的稳定可靠。

  “只有我们搭建的舞台平稳可靠了,在上面跳舞的人才能尽情发挥。”北京航天飞行控制中心指控室主任朱敬东说道。

  指控室的主要工作首当其冲是计算机系统的管理维护,因为载人交会对接任务中所有信息的交换、处理和存储,都要依靠测控计算机系统这个平台来实现。还有整个任务的天地通信,包括天地之间的通话,以及飞控中心、测控站以及航天器之间的信息传输。

  针对这次载人交会对接任务,与航天员天地通话、载人飞行时间长、手控交会对接等特点,指控室对硬件及通信系统进行了改造完善,与航天员通话首次实现了双向可视通话,开发智能化通用化测控硬件平台集中监控管理系统,大大提高了计算机平台保障的可靠性和高效性。

  “我们所有的工作都跟保障相关的。无论是声音、图像还是计算机平台,哪一个方面都不能出问题。”朱敬东说,“有我中无我”是我们一直追求的境界,任务中感受不到我们的存在就对了。

(责任编辑:崔东)

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