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天宫二号飞控技术有多酷炫?

时间:2016年09月18日 信息来源:中国科技网-科技日报 点击: 【字体:

9月15日22点04分,天宫二号在酒泉发射中心成功起飞。约10分钟后,天宫二号脱离火箭,以昂扬的姿态飞向预定轨道。这一刻,任务的接力棒正式传递到北京航天飞控中心。北京飞控中心,被认为是我国载人航天工程和深空探测工程的“神经中枢”。此刻,它再次成为全世界关注的焦点。


任务测控通信指挥部指挥长、北京飞控中心副主任李剑在接受科技日报采访时表示:“与之前的交会对接任务不同,这次任务面临着周期更长、在轨试验更多、技术要求更高的形势特点。”


最难:百余套方案应对飞控潜在风险


根据本次天宫二号与神舟十一号载人飞行任务要求,航天员将在轨飞行长达33天。33天,对普通人来说,只是我国载人飞行史上一个新纪录的诞生,但对飞控中心来说是一个充满难度的新挑战。


李剑告诉记者,33天意味着地面飞控人员长时间值守,飞控软硬件系统高强度不间断工作,地面测控网全时段连续跟踪。这对测控系统的稳定性和可靠性,以及各类应急情况下系统综合保障能力提出了更高要求;飞船太阳帆板任意偏置角跟踪太阳功能验证、人机协同在轨维修、伴星释放及飞越探测等崭新的在轨试验对轨道控制精度、系统间协同配合、地面监视判断要求都很高。


这些都是飞控中心面临的潜在风险。


在今天下午的飞控中心发布会上,李剑信心满满,他说,挑战虽大,风险虽多,但北京飞控中心从完善方案预案到关键技术攻关,从组织联调演练到强化岗位训练,均已做好万全准备。


据介绍,为确保任务万无一失,李剑和他的同事们先后完成100多套的飞控实施方案并顺利通过专家评审,攻克5项关键飞控技术难题。


最新:关键飞控技术面临的5大全新挑战


实际上,被李剑反复提及的5项关键飞控技术是整个团队在本次任务中面临的全新挑战。


“首要面临的困难就是中长期定轨预报精度要求高”,李剑表示,天宫二号交会对接轨道比天宫一号高出几十公里,需要在飞船发射前20余天实施轨道维持,同时兼顾调相、圆化和轨道高度控制,对长时间轨道预报精度提出了新的要求。


另一方面,为适应空间站交会对接任务目标飞行器不进行调相的控制需求,神舟十一号飞船需具备在初始相位差、入轨远地点高度的一定范围内进行交会对接的能力。北京飞控中心需重新设计远导控制策略,应急控制策略也进行了相应调整。


“短弧段快速测定轨”是一个听起来有点晦涩的词汇,却也是飞控中心不得不面临的问题。同时,为验证飞船快速轨道控制能力,飞船返回前的轨道维持采用一圈内两次变轨的控制模式。“这对返回前快速轨道控制技术提出了新的挑战”,李剑强调。


“伴星飞越观测及驻留轨道控制”是另一项不能不提到的关键飞控技术。在组合体运行阶段,飞控中心要控制伴星实现飞越观测组合体等试验;同时还要实现驻留点捕获、驻留点保持、驻留点转移等复杂类型控制,驻留及飞越轨道精度要求高。


令人欣慰的是,这些挑战被逐一克服。“我们梳理制定800多个各类故障预案,升级改造20余个飞控软件系统,调整完善10项硬件系统,组织了近200次联调演练”,李剑说。


最美:三维可视化技术让飞天画卷铺陈眼前


天宫二号遨游太空,它的一举一动都可以在你的眼前逼真展示;神舟十一号约会天宫,它的一颦一笑都可以在你眼前完美呈现。


是谁有如此神奇的魔力,将美丽的飞天画卷铺陈眼前?答案就隐藏在北京飞控中心的一个小小机房。


在这个被称作“终端三机房”的地方,飞控中心软件工程师范文山打开一个被称作“航天任务可视化引擎”的软件系统,这套系统的核心正是中心具有自主知识产权的三维可视化技术。


“我们的三维可视化技术对深空背景的模拟是按照真实星历和天体运动模型;对地形信息的模拟是采用真实的遥感卫星影像资料,并考虑边缘大气模型;任务中对航天器的仿真是基于实时数据驱动和海量数据实时管理的,而且实现了基于GPU并行环境的真实感光照算法,大幅度提升了三维仿真画面的品质。”范文山解释说。


让范文山引以为豪的还远不止这些。据了解,在这项技术的研发过程中,范文山和他的同伴们在支持多任务多目标的同时,突破了基于操作系统平台的限制,从而适应了航天系统软硬件国产化建设需要。


自主研发、国产化一直是范文山和他的同事们追求的目标和努力的方向。依托第三方开发或购买国外软件,不但费用高,而且在操作性、安全性、可靠性上都存在隐患。


“受外方软件功能限制、专业对接不畅等因素影响,以前准备一项航天任务的三维显示大概需要一年左右时间。现在,我们有了自主研发的支持多任务、多目标三维可视化技术,准备任务的周期缩短到几周时间”,范文山告诉记者。


(作者:姜 宁 祁登峰 李 艳)
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