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东京(Tokyo)航天飞行调整中央将,多项技巧助力

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中新网北京8月6日电 题:北京航天飞行控制中心将“中国精度”刻在世界前沿

多项技术助力神舟九号与天宫一号对接成功

神舟八号/天宫一号空间交会对接——拉近

2012年6月,北京航天飞行控制中心(北京飞控中心)在神舟九号任务中再创辉煌,实现中国首次由航天员手动控制神舟九号飞船与天宫一号成功实施交会对接,将“中国精度”刻写在世界航天飞控领域的前沿。

本报讯在神舟九号与天宫一号成功对接后,记者获悉,包括航天测控可视化系统、交会对接微波雷达、高精度加速度计等在内的多项技术成果,保障了神舟九号与天宫一号的对接成功。在北京飞控大厅前方的巨幅显示屏上,三维动画把飞行器在太空中飞行的姿态实时展现出来。北京飞控中心软件室主任孙军介绍,针对此次任务“载人、手控对接”的新特点,飞控中心对显示屏上所应用的航天测控可视化系统进行了87项技术状态更动。“这个系统采用了多模式视点控制、脚本交互控制等技术构建了真实的空间环境,将抽象的数据通过形象的动画显示出来。”据了解,中国航天科工二院25所研制的交会对接微波雷达,是引导神舟九号和天宫一号从百公里之外到几十米之间“牵手”的“红线”。作为实施载人交会对接任务的关键敏感器,为交会对接提供距离、速度、角度、角速度等信息。而飞船上精度最高的加速度测量装置,是中国航天科工三院33所研制的高精度加速度计组合,它能够在微重力状态下精确地测量飞船与目标飞行器交会对接的沿X轴、Y轴和Z轴方向的平移速度增量,同时也用于检测飞船轨控发动机工作过程,调姿、姿控过程,对接及分离过程,轨道舱泄压过程等运动过程的微重力变化。《中国科学报》 (2012-06-19 A1 要闻)

新华网北京11月3日电北京飞控中心软件室主任孙军3日在接受新华社记者采访时表示,测控通信系统在交会对接任务中首次使用了新一代飞控软件系统,为交会对接任务“护航”。

——11次轨道控制,次次精度远优于指标要求,为“太空之吻”铺设精准轨道;

作为交会对接任务的数据处理信息中心,北京飞控中心的软件系统承担着对天宫一号、神舟八号遥测数据处理、上行数据注入、测控网信息交换和飞行计划调度等任务,并为飞控决策人员提供任务信息、显示测控可视化、仿真验证决策支持平台。

——打造具有自主知识产权的航天飞控平台,实现对天宫、神舟等多目标协同控制;

据孙军介绍,从神舟一号到神舟七号,中心所使用的是第一代软件系统作为飞控系统的支撑平台。

——突破轨道重构技术,确保在异常情况下也能顺利实现交会对接……

交会对接任务需求对飞控软件系统提出了更高的要求。“神舟七号时遥测数据参数不到3000个,天宫一号遥测时参数多达9000多个,而神八遥测参数过万。”孙军说,成倍增长的数据处理需求,对整个系统可靠性、安全性、处理效率提出很高的要求,第一代软件需要进行更新换代。

北京飞控中心科技创新团队激活中国航天飞行任务的“神经中枢”,以精准的飞控刷新航天飞控领域的“中国精度”。他们以堪称完美的表现,履行了飞控成功率100%的誓言,再次将航天飞行控制技术推向新的“中国高度”。

2007年7月,北京飞控中心提前开展了新一代软件系统的研制工作,到2008年神舟七号任务之前,新一代系统的主体研制完成,并作为备份系统参加神七任务,经受了初步考验。

创新梦想——承载着使命与担当

新一代软件系统分六大子系统,即实时处理子系统、数据管理子系统、软件平台子系统、轨道计算子系统、仿真子系统及指挥显示子系统,共有28个软件配置项、194个软件进程、7000多个模块,整个软件的代码量达到1100多万行。

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。

与第一代软件相比,新一代软件系统的最主要特色是针对多任务、多目标协同飞控提供支持。既要支持天宫一号、神舟八号各自发射、独立飞行,又要满足交会对接、联合飞行的控制要求,因此,新一代系统采用多种新技术:多任务的体系结构设计、层次化的跨平台中间件技术、高速数据实时处理与管理,飞控可视化技术等,这些技术保证各目标之间既相互独立又紧密联系。

7个月前的表彰大会上,面对鲜花与掌声,北京飞控中心主任陈宏敏显得尤为平静,他清楚的知道,眼前的成功只属于过去,容不得半点骄傲。

孙军说,新一代软件充分借鉴了第一代软件系统的经验和不足,所建立的软件平台不仅适应交会对接任务,也适应嫦娥任务及深空探测任务,“软件系统要随着工程任务变化不断自我完善、自我提升,因此在进行空间站工程时,系统可能还会再换代。”

因为,在此之前,世界上已经有过300多次空间交会对接。一种从未有过的紧迫感和使命感油然而生:中国起步已经晚了,但追赶速度必须超常规。陈宏敏带领科技创新团队,马不停蹄投入新的任务,两次空间交会对接任务实现无缝连接。

目前,新一代软件系统运行稳定、表现良好,已做好保障交会对接任务的最后准备。

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4个“最”——

编辑:国防科技网 责任编辑:张海

“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’。”

作为中国载人航天飞控神经中枢,当火箭托举“神九”飞船升空约9分钟后,北京飞控中心就接手了飞船的控制。

从船箭分离到飞船入轨,从飞船远距离导引控制到与天宫一号实施自动交会对接,从航天员手控交会对接到飞船安全返回着陆场,遍布中外的10余个测站,分布在太平洋上的3艘测量船,以及置于同步轨道天基测控中继卫星,都要由这里指挥调度,所有对飞船和天宫发送的指令都从这里发出,所有的数据都在这里汇聚,整个飞控过程都由该中心计划、组织、实施。

为了“神九”任务,北京飞控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,制定各类方案、预案700多项,进行400多次内外部联调联试,精心编写500多万字的各种总体技术实施方案,完善升级近500余万行源程序的飞行控制软件系统。

北京飞控中心党委书记刘清华说,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。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出中国航天测控的奇迹:

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……

正是不断创新、突破,为梦想插上了腾飞的翅膀。

创新激情——激荡着勇气与智慧

“神九”与“天宫”在浩瀚太空完美对接的背后,源于北京飞控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。凭借深厚的理论功底和多年的实战经验,研究出在不同控制目标模式下的状态规划和优化设计算法,利用测轨数据对空间环境参数进行辨识,建立轨控推力模型,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,确保了在较高太阳辐射流量和地磁扰动情况下,远距离导引控制精度高出指标1个量级,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

手控对接是“神九”任务的重中之重,航天员将首次“驾驶”飞船与天宫一号实现对接。航天员在轨操作环节多、手控操作直接影响任务成败,对专业支持的时效性和准确性要求更高,给飞控实施带来的难度也大大提高。北京飞控中心强化专业手段,成立航天员专业支持小组,创新采用“天、地、人”合一的工作模式。

为让地面更好地了解航天员手控对接的情况,该中心依据航天器舱内仪表控制面板显示页面,巧妙设计出航天员同步监显软件,实现“航天员能看到什么,我们也看到什么的”设想。就好像地面有一双“眼睛”,为手控对接成功提供“双保险”。

“很多技术上的创新和改进都是被逼出来的。”轨道室副主任洪春辉表示,载人交会对接任务轨道控制精度要求高,需要留给测轨计算更长的时间;神舟九号多次变轨间隔时间短,数据注入频度高;再考虑到天基不可用的最恶劣情况,测控网覆盖范围有限,多因素作用下,留给上行数据验证的时间只有50分钟,时间拖长了,变轨就不能按计划实施。

旧系统的注入数据验证时间需要120分钟,怎么办?从120分钟缩减到50分钟——注入数据快速会签验证系统应时而生,带头开发者正是洪春辉。这项创新极大地提高了任务规划的时效性和安全性。

“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,为载人交会对务搭建了可靠稳定的软件平台。

6月10日,载人交会对接任务进入6天倒计时。指挥决策室内,一项重大的飞控事件——航天员实施手控撤离后,是否对天宫一号提前实施升轨控制的讨论正在紧张激烈地进行。

这是一个关乎“神九”安全返回的重要控制策略。各系统专家提出的意见与预定的飞控方案不一致。紧张时刻,北京飞控中心轨道专家唐歌实根据最新的空间环境参数对天宫轨道衰减进行预测,发现两目标存在发生碰撞的风险,果断提出必须提前进行升轨控制的想法。由于参数确凿,他的意见很快被采纳,为3名航天员顺利返回奠定坚实基础。

勇气,加上智慧,让北京飞控中心科技创新团队闯出一条高精度飞控之路。“神九”入轨时,他们只用3分钟时间就确定了飞船入轨根数,比计划时间缩短了7分钟;他们还运用多种定轨方法计算轨道120余次,轨道控制精度达到了万分之三……

创新足迹——镌刻着顽强与坚韧

当“神九”飞船与天宫一号通过航天员手控完美实现“太空之吻”时,北京飞控中心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。

为了这一刻,她走过顽强与坚韧的7个月。

7个月里,她和同事们数不清开了多少次方案讨论会,数不清跨过多少个难关,待在会议室的时间比在家里不知多了多少倍;

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。而北京飞控中心副主任麻永平,在这条路上已跋涉近30年,每一步都坚实有力。

麻永平回忆说,“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。”

这16年来,从无人飞船到交会对接,北京飞控中心科技创新团队把一系列关键飞控技术都烙下创新的印迹,他们在创新的足迹中一步步实现着自己梦想。

轨道室轨道组组长张宇带领同事们痴迷在数字海洋中,不分白天黑夜,从数学模型的构建,到软件代码的编写,每一项工作都追求精益求精,他们突破了基于星间测量数据的多目标定轨技术,确保了在地面无法跟踪的盲区内也能紧紧“咬”住飞行器,保证航天员绝对安全;利用空间环境预报数据,有效提高了中长期轨道预报精度,将组合体维持次数由4次减少到1次。

载人交会对接任务展示对象多、测控数据复杂、飞控实施频繁等特点,对可视化系统提出了新的更高的要求,北京飞控中心三维显示团队对可视化系统进行升级改造,不但采用多种数据处理技术,提高了数据使用的安全性、可靠性,还细化了三维可视化模型,实时展现复杂飞控过程。

为确保航天员的绝对安全,更好地展现任务搜救实况,他们还开发出一套功能强大的三维综合态势显示系统,使搜救现场形象逼真,航天员不论落到哪里,飞控中心都能自动、快速、准确定位。

北京飞控中心遥测工程师姜萍开发的《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。

在创新团队眼中,“创新需要激情和灵感,更需要执着的坚守”。

“神九”任务结束后的那个晚上,北京航天城品字型飞控大楼依然灯火辉煌,北京飞控中心科技创新团队依旧像往常一样加班攻关,他们为“嫦娥三号”任务的飞控准备已经启动……

编辑:国防科技网 责任编辑:张海

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