中国航天突破高精度定轨技术 航天飞控屡创奇迹 zt
(2008-01-29 05:18:21)
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中国航天突破高精度定轨技术 航天飞控屡创奇迹
2008年01月29日 解放军报
在我国挺进太空的伟大征程中,北京航天飞行控制中心轨道室——这支平均年龄29.5岁的年轻科研队伍,屡创航天飞控奇迹:
率先突破了高精度定轨技术,轨道控制精度达到万分之三;
首次实现了国内航天网、天文测控网和欧空局测控网的无缝衔接;
成功控制“嫦娥一号”卫星顺利完成187万公里的奔月旅程……
从载人航天工程“神舟号”到月球探测工程的揭幕之战“嫦娥一号”,他们用青春在浩瀚的宇宙中划出一道道绚丽的轨迹。
2007年12月,该室被国家人事部、国防科工委、总装备部、中国科学院联合表彰为“首次月球探测工程突出贡献单位”。
突破多项高精度定轨关键技术,3年内实现由近空飞控向深空飞控的跨越——
闯出一条富有中国特色的轨道测控之路
2004年,中国探月工程正式启动。
月球,远离地球38万多公里。如何为卫星“铺就”一条精确的奔月之路,这千钧重担落到了北京航天飞行控制中心轨道室的年轻人肩上。
此前,我国的卫星绝大多数只距离地面4万公里左右。从4万公里到38万公里,测控距离远了将近10倍,技术难度可想而知。
领受任务的那一夜,身经百战的轨道室主任唐歌实凝望天上的弯月,心中颇不平静。
从美国的“阿波罗”到前苏联的“月球号”,再到欧空局的“智慧一号”,人类奔月的步伐在他脑海里一幕幕闪过。他感到一种从未有过的紧迫感和使命感:奔月,我们已起步晚了,但我们的追赶速度必须超常规!
10年前,作为新人,唐歌实参与了载人航天工程“神舟一号”飞控工作。他回忆说:“当时,没有软件,没有硬件,唯一的资料是一本国外翻译的《轨道确定数学理论》。”
一切从零起步,他和同事们埋头苦干。从“神舟一号”到“神舟六号”,他们不可思议地创造了载人航天工程飞控技术的跨越式发展。
10年后,他们再一次从零起步,去征服一个全新的课题——牵引“嫦娥一号”卫星奔月球。
“嫦娥一号”卫星是我国航天史上第一个绕月飞行器,测量控制是重点,也是难点。 在“嫦娥一号”整个奔月过程中,经过调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道三个阶段,共设置了10余种工作模式,飞控复杂程度创下中国航天之最。
探月路,发达国家走了40年,可留给唐歌实他们的时间,却只有短短3年。面对前所未有的难题,轨道室的年轻人一边与时间赛跑,一边与困难鏖战,开始了艰苦攻关历程。
“不怕做不到,就怕想不到。”轨道力学模型和地月坐标转换是卫星精密定轨的核心。轨道组组长陈明为了开发出绕月的精度定轨软件,把自己牢牢钉在“实验室—食堂—家”三点一线的生活轨道上,几乎每天都要工作12个小时。那一阶段,他全然置身于一个数字世界之中。饭堂离实验室只有5分钟的路,一边走一边思考的他,时常闹出撞到电线杆上的笑话。
“带着激情去干,不仅不会觉得苦,还能享受到快乐。”计划组组长洪春辉说。1976年出生的他,已是室里经历丰富的“老同志”。每当有了新思路、新想法,他总是兴奋地带着同事连夜加班干。“夜深人静的时候,大家敲击键盘的声音,听上去感觉是一首节奏欢快的歌。”
无数个不眠之夜,无数次软件调试,无数次方案讨论,轨道室这群年轻人凭着锲而不舍和自主创新,在短短3年里,先后突破了绕月探测的高精度定轨等5项关键技术,实现了由近空飞控向深空飞控的跨越,闯出一条富有中国特色的轨道测控之路。
创造多种高精度定轨方法,精确度达到万分之三——
在追求完美中超越自我
2003年12月16日,距地343公里轨道上的“神舟五号”载人飞船,在环绕地球飞行14圈后,实际着陆地点与预先计算的落点仅差420米。
2007年11月5日,经过12天的太空飞行,“嫦娥一号”卫星进入月球轨道时间与预期时间仅相差20秒。
我国航天测控历史上这两个数字,折射出北京航天飞行控制中心轨道室年轻人精益求精,在追求完美中超越自我的前进步伐。
航天无小事,成功系毫发。该轨道室对每一个细节的处理,对每一个流程的细抠硬磨,到了近乎苛刻的地步。
“嫦娥一号”卫星第一次近地点变轨以后,轨道室主任唐歌实在对卫星实际测定轨道与目标轨道的分析比较中发现,轨控相关刻度系数与实际轨控参数存在千分之二的误差。经过对比,确认此误差属于正常范围之内,不会对卫星有任何不良影响。但“吹毛求疵”的他进一步修正卫星控制参数,将实际控制误差提高了一个量级。这种“鸡蛋里挑骨头”的做法带来了意想不到的结果:卫星轨道原定要进行3次中途修正,结果只用1次便达到了轨控效果,为卫星节省了190多公斤燃料。而这些燃料,可以使卫星寿命延长2年,为卫星后续的科学实验赢得了宝贵时间。
“我们不能原谅和放过任何一个可能让自己一生都不能承受的谬误。”在平时的联调、合练和测试中,有时为了小数点后6位数和零点几毫米的差别,大家争得面红耳赤,各不相让。
在追求技术完美的争吵声中,他们建立了高精度的地月空间的时间与坐标系统,全天候掌握卫星的精确位置;自主创新了多种姿态计算方法,开发了三维建模软件和配套程序库,使卫星姿态、星上关键设备指向等实现了实时显示;找到精确计算速度增量的方法,得到了准确的实际发动机开关机时间和加速度计测量数据,大大提高了卫星高精度控制能力……
对于轨道室来说,“嫦娥一号”卫星第一次近月制动,是生死攸关之战。如果刹车早了,卫星将与月球失之交臂;刹车晚了,就会撞向月球。
难度有多大?轨道室副主任刘成军打了个形象比喻:“在38万公里外让‘嫦娥一号’卫星准确飞到距离月球200公里远的近月点,就好比要在20公里外用手枪打中10环一样。”
有了精益求精的技术本领,他们的“枪法”出人意料地准确——顺利完成第一次“太空刹车”动作,让月球轻松捕获“嫦娥一号”卫星。
“嫦娥一号”卫星入轨时,他们只用3分钟时间就确定了“嫦娥一号”卫星入轨根数,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……这一项项重大技术突破,把我国航天测控技术推向新的高度,令世界航天界刮目相看。
平均年龄只有29.5岁,创新攻关不畏难——
用青春书写航天新篇章
2007年10月26日18时,当大家还沉浸在“嫦娥一号”卫星第一次近地点变轨成功的喜悦中时,轨道室又传来喜讯:副主任谢剑锋的儿子降生了。但谁也没想到,在分娩前3小时才赶到妻子身边的他,第二天一大早又匆匆赶回飞控中心,继续执行任务。
采访中说起这事,他内疚地对记者解释:“当时也是没办法,现场飞控离不开我!”
和谢剑锋一样,轨道室的年轻人“离不开”自己钟爱的测控事业,面对使命,他们选择承担;面对金钱,他们选择超脱;面对岗位,他们选择恪守。他们或许不是合格的父母、称职的丈夫或妻子,但在征服太空的进程中,他们是最优秀的航天测控人!
负责卫星轨道计算的高级工程师李革非,为了制定完整的轨控方案,实现轨道精确预报、控制准确无误的目标,把自己关在机房,一遍又一遍地进行论证、分析、试算,修正方案。过度劳累的她,患上了面部神经性痉挛症,疼痛难忍,不得不住进医院进行手术治疗。手术结束没几天,她就央求丈夫拿来笔记本电脑。她对丈夫说:“这项工作没有我不行,一想到日夜奋战的同事,我真的躺不住。”就这样,病房变成了机房。李革非住院躺了30天,计算了20天,提前完成了嫦娥任务轨道计算预定进程。
“星期六肯定加班,星期日加班不肯定。”记者走近这群年轻人,发现他们每个人都很忙很忙。去年夏天,女工程师孙靖利用难得的假期买了件新衣服。谁知道,第二天上班接到任务,她一忙就是2个月,等想起来时,新衣服已经过季没机会穿了。“尽管很忙很累但很喜欢。”谈起自己的工作,孙靖脸上洋溢着一种自豪感。
平均年龄只有29.5岁的轨道室,创新攻关不畏难。近年来该室硕果累累,取得多项重大科技成果,其中部委级科技进步一等奖3项、二等奖8项、三等奖7项,先后荣立集体一等功、被授予荣誉称号各一次……他们用青春书写着中国航天的新篇章。
走出航天城,仰望苍穹,记者脑海里不禁联想到嫦娥奔月的美丽传说,如今,轨道室这群年轻人用青春和智慧,在地月之间搭起了一座“虹桥”,将千年传说变成现实。品味他们的故事,比嫦娥奔月更感人,更让人铭刻在心。在风雨兼程的漫漫奔月路上,我们从他们的身上看到了中国航天事业未来的脊梁! (杨冰 柳刚 赵波)