踏月追梦

2015-01-05 03:52杨冰姜宁祁李
神剑 2014年1期
关键词:飞控月球车嫦娥

杨冰姜 宁祁李

2013年的天空,注定是“中国的天空”。

这一年的初夏时节,天宫一号与神舟十号载人交会对接任务取得圆满成功,中国首次太空授课赢得了世界的喝彩。

这一年的初冬时节,嫦娥三号实施中国首次月球软着陆,这是中国深空探测的又一崭新的起点。

历史记住了这一刻:公元2013年12月15日23时35分,嫦娥三号任务进入最高潮。随着北京航天飞行控制中心调度员下达互拍指令,“嫦娥”“玉兔”同时睁大她们的“眼睛”,彼此深情凝望……

飞控大厅的大屏幕上,时间在一秒一秒地跃动。

科技人员和电视观众,心脏在起伏不停地跳动。

10米,是她们的互拍距离。北京航天城飞控大厅内,所有的人都屏气凝神,翘首以待这一激动人心的时刻——

在飞控中心调度员洪亮有力的口令调度下,在地面有节奏的指令声中,“嫦娥”与“玉兔”先后按下各自相机的快门,定格下她们生命中这一最美丽的时刻,也是中国航天永恒的时刻。

图像无言,记忆永远。飞控中心巨幅大屏幕上,38万公里外苍凉寂寥的月球表面,月球车“胸前”呈现出一面鲜艳的五星红旗!

这,是中国在月球上拍摄的第一张五星红旗的照片。

此时此刻,鲜艳的五星红旗向全世界庄严宣告:嫦娥三号任务圆满成功,实现了我国航天器首次在地外天体软着陆和巡视勘察,标志着我国探月工程“绕、落、回”第二步战略目标取得全面胜利,中国成为继美国、苏联之后第三个实现月面软着陆的国家。

迢迢飞天路,托举航天梦。从“神舟”号飞船的十全十美到“嫦娥”卫星的三战三捷,中国飞控人集智攻关、拼搏奉献,用“中国测控”把“中国奇迹”一次次写上太空,用“中国精神”把“中国力量”一次次彰显宇宙。

嫦娥落月宫,神州同圆梦

面对遥远的月球上那鲜艳的“中国红”,测控通信指挥部指挥长、飞控中心主任陈宏敏思绪万千——

灿烂星空,风光无限,挑战无限。时光穿越到现代,古人眼里遥不可及的月球,被现代航天人征服了。

自20世纪50年代末开始,以美国和苏联为主的探月活动逐步展开。

今天,当我们翻阅探月历程时发现:探月征程从无到有,从易到难,从失败到成功的每一个足迹,每一次进步,无不闪烁着人类智慧的光芒,彰显着人类奉献的精神,昂扬着人类不懈的斗志。

截至200?年10月我国发射“嫦娥一号”卫星之前,世界上共进行了123次月球探测活动,其中美国共发射了56枚月球探测器,苏联发射了64枚月球探测器,日本发射了2枚月球探测器,欧空局发射1枚月球探测器,成功60次,失败63次,成功率约48%。

当国际上新一轮探月热潮风起云涌时,正在崛起的古老中国终于发出了自己的声音,把目光投向了更为浩瀚的深空,投向中国人千百年来赋予无数美丽传说的月球。

望月,追月,探月。古老的东方故国对月球乃至宇宙的探索从未停止过。

嫦娥,是踏着早春的脚步伸展出美丽的翅膀的。2004年1月23日,是一个注定要被历史记住的日子。这一天,中国月球探测工程一期——绕月探测工程正式启动,命名为“嫦娥工程”,分为绕、落、回三期。这是中国自人造地球卫星、载人航天工程之后,又一个里程碑式的重大工程。

从此,在这条漫漫奔月之路上,中国飞控人每一次探月之旅都展示出不同的风采。

绕月之旅,开启中国深空探测。2007年10月24日,嫦娥一号直刺苍穹。作为我国首颗探月卫星,嫦娥一号成功“绕月”,是继人造地球卫星、载人航天飞行之后我国航天事业发展的又一里程碑,标志着我国迈出了深空探测的第一步。

探月之旅,不断托举中国新高度。2010年国庆佳节,嫦娥二号成功发射,获得世界首幅分辨率为?米的全月图;为嫦娥三号验证了部分关键技术:在拓展试验中首次从月球轨道出发飞赴日地拉格朗日L2点进行科学探测:对图塔蒂斯小行星近距离交会探测……目前,已成为我国首个人造太阳系小行星的嫦娥二号与地球间距离突破6000万公里,有望飞到3亿公里外的深空。

落月之旅,书写中国飞控新坐标。2013年12月2日,嫦娥三号披挂出征。12月15日,携带“玉兔”奔月的“嫦娥三号”实现了月球软着陆、月面巡视勘察等一系列“壮举”。这也是中国航天器首次在地外天体软着陆探测。

从“巡天遥看月球”到“凝视月亮的脸”,再到“亲密接触月宫”,对中国探月工程来说,是质的飞跃。在这条风雨兼程的漫漫奔月路上,回首令炎黄子孙无比自豪的飞天之路,我们看到了中国航天测控技术飞跃发展的明天。

嫦娥三号是月球探测工程第二步战略的关键之战。曾多次承担载人航天工程、月球探测工程飞控任务的飞控中心,既是这次任务的指挥调度、轨道控制和数据处理中心,也是任务测控通信指挥部的所在地,在任务中发挥着“神经中枢”的关键作用。

嫦娥三号是我国航天领域迄今最复杂、难度最大的任务,需要攻克的关键技术多、技术跨度大、实施风险高。此次任务飞控工作最大的特点和亮点是“月球软着陆、月面巡视探测”,最大的重点和难点是“两器协同控制、巡视器的遥操作”。对于应急处置能力、飞行控制精度和天地协同控制提出了极高的要求。具体说有“三高”:技术状态全新,处置能力要求高;遥操作约束复杂,飞行控制精度高;系统交互多,着陆器和巡视器两器协同程度高。此外,我国新建的喀什和佳木斯两个深空站也首次参加任务测控工作,飞控中心新建成的遥操作中心和深空干涉测量系统也首次在任务中亮相。

航天事业从来都是与高风险并存的。嫦娥三号任务对飞控中心来说,充满了机遇与挑战。

“高精度的飞行控制”是最根本要求。轨道的中途修正、近月制动、15公里降轨、动力下降,这些控制工作相互衔接、环环相扣,每一次控制的精度都决定着嫦娥三号能否成功落月。尤其是首次使用?500牛大推力发动机,仅实施一次近月制动就进入环月轨道。

“月面巡视遥操作”是面临的最新难题。遥操作不同于传统意义上的飞行控制,这是一项开创性的工作。两器分离、巡视探测操作控制多、跟踪弧段紧、状态判断复杂,加上月面光照、温度等环境因素要求高,巡视器工作大多依赖于飞控中心的遥操作控制,风险大、难度高。

“异常情况的应急处置”是要应对的最大挑战。探测器故障模式多、近月制动、两器分离控制难度大,许多新技术、新手段第一次引入,应急处置难,对飞控中心应急应变的能力提出了极高的要求。

历史的笔墨,在这里尽情渲染,中国飞控人的荣耀在这里尽情展现:

——梦想启航。2013年12月2日1时30分,西昌是夜无月,繁星满天。中国推力最大的长征三号乙运载火箭托举着嫦娥三号直冲云霄,火红烈焰划破夜空,在天幕上形成一道明亮光带。这是人类第130次探月之旅。

飞控中心作为整个任务的“神经中枢”,所有的信息都在这汇集,所有的数据都在这里聚集,所有的指令都从这里发出。嫦娥三号升空后的每一次变轨控制,每一条上行指令,每一组注入数据,每一步关键操作,都是在这里实施的。火箭起飞1130秒后,他们对卫星实施全程指挥控制。

——中途修正。嫦娥三号“零窗口”发射、精确入轨,只是奔月之旅第一步。能够精确实施轨道修正,是确保嫦娥三号准确实施近月制动、顺利抵达环月轨道的重要控制程序。在38万公里的奔月旅程中,因为受到入轨偏差、宇宙环境等因素影响,嫦娥三号探测器需要择机实施轨道中途修正,校正航向。12月2日15点50分,飞控中心成功向探测器注入控制参数,启动探测器助推器,顺利实施了首次中途修正,并圆满达到预定目标。12月3日又顺利完成第二次中途修正。由于前两次中途修正非常精准,可以满足近月制动和后续轨道控制的要求,第三次中途修正取消。

——太空刹车。12月6日17时53分,距月面约100公里的环月轨道。17时47分,飞控中心发出指令,嫦娥三号探测器器载变推力发动机成功点火。361秒钟后,嫦娥三号顺利进入距月面平均高度约100公里的环月轨道,真正成为一颗月球卫星。

差之毫厘,谬以千里。“精准”对飞控中心来说已经成为一种习惯,或者说,“精准”就是他们身体的一部分。近月制动是一次关键的轨道控制,难在精准:轨道要测得准,控制参数要计算得准,探测器也要执行得准。这其中任何一个环节出问题,都可能导致嫦娥三号无法被月球捕获,不是飞离了月球,就是一头撞上月球。

——完美着陆。12月14日21时11分,距地球约38万公里的月球表面。在飞控中心的精确调度下,变推力发动机再次开机,以每秒117公里速度环月飞行的嫦娥三号从距月面15公里处实施动力下降。距月面约100米时,嫦娥三号暂停脚步,用三维成像敏感器对着陆区进行精障碍检测,选择最安全的着陆点。21时11分,发动机关机,嫦娥三号依靠自身重力下落。着陆腿稳稳地“站”上月面,嫦娥三号成功着陆。这是我国探测器首次登上地外天体,中国成为世界上第三个实现月面软着陆的国家。

——中国印记。15日4时35分,月球虹湾地区。凌晨3时的北京夜色寂静,而38万公里以外的月球还是沐浴着阳光的上午。在飞控中心的精确控制下,“玉兔”开始向转移机构移动。4时06分,托举着“玉兔”的两条“扶梯”轻触月面,在着陆器与月球之间架起一座桥梁。“玉兔”随后沿斜梯款步而下。4时35分,“玉兔”踏上月球,车轮在月面印出两道深深痕迹。这是中国探测器留在地外天体上的第一串“脚印”。

——精彩互拍。15日23时许,月球虹湾地区。在虹湾地区布满砾石和尘埃的灰黑色月面上,着陆器被阳光照得一片金色,月球车“胸前”的五星红旗鲜艳夺目一着陆器和月球车用各自携带的相机互相拍照,照片数据完整、图像清晰。

国旗展现在屏幕上的那一刻,飞控中心掌声骤起。这是五星红旗在地外天体上的第一次“留影”。

嫦娥奔九天,飞控一线牵

“嫦娥”,稳落月宫;“玉兔”,信步虹湾。

面对飞控大厅大屏幕上中国第一辆“玉兔”月球车在虹湾留下的第一行“中国脚印”,测控通信副总设计师、飞控中心总工程师周建亮心潮起伏——

为了这一刻,飞控人整整拼搏了3年,进行了大量卓有成效的精心准备。

如果把嫦娥三号任务飞行控制比喻成一场交响乐演奏会的话,飞控中心总体室则是这场演出的总指挥。

嫦娥三号是我国第一个着陆于地外天体的航天器。以往任务中,飞控对象都是绕天体飞行的航天器,轨道和姿态保持稳定,运行状态可以预测,而嫦娥三号的控制方式与以往完全不同,首次采用遥操作控制方式。月球环境对我们来说一切未知。总体室必须像指挥家一样,必须统筹各方,让交响乐发出美妙“和声”。这需要总体人员对任务有全局的把握和超前的判断,才能当好“指挥者”的重要角色。

为了把“乐曲”中的各个情节描绘得精彩纷呈、各个音符展现得活灵活现,他们反复与型号部门等进行技术协调,吃透机理原理,预想了几十种情况,编写了上百份飞控方案,又设置了多套备份,为任务的成功加上了“多保险”。他们专门设立了地面处置工作流程,确保对各种状态进行实时、高效的处理,确保飞控交响乐完美无憾。

轨道控制是飞行控制的关键。与以往两次“嫦娥”任务相比,这次控制风险有增无减。很多次控制都是不可逆的,比如近月制动,如果控制滞后几秒就会产生撞月的风险。进入环月轨道后的降轨控制在月球背面实施,地面如果不能把握好时机也存在撞月风险。

尤其是嫦娥三号要实现月面软着陆,着陆点的精度至关重要,是决定探测器成功落月的关键一步。而此前的每一次控制都要瞄准落点的精度,可谓环环相扣,就像下棋一样,走一步看十步。为了能在关键时刻化险为夷,轨道专家对轨道控制的每个细节进行分析计算,不断优化控制策略,为任务成功铺就了一条安全的太空轨道。

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。飞控中心软件室的科技人员的目标是为飞控任务锻造一艘坚固的软件航母。针对这次遥操作任务,他们全新研制了遥操作子系统地形建立、路径规划、规划验证、可视化操控等多个系统软件,新编代码超过100万行。

软件是任务的最末端,无论哪个岗位,只要状态有变化,哪怕是一个程序模块的变化,软件工作人员都得对整个系统进行相应的协调处理,只有这样才能确保任务实施过程中,整个系统程序发出的各种指令毫厘不差。可以毫不夸张地说,如果把整个系统程序比做一条七彩锦缎,那么负责编制程序的人就像织女,只有经过他们的巧手,才能把那千头万绪的数字符号按照神奇的构思织出一条精美的锦缎。而这条瑰丽的锦缎却开通了成功的奔月之路。

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,飞控中心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。只有搭建的舞台平稳可靠了,在上面跳舞的人才能尽情发挥。他们所有的工作都是为了飞控舞台的稳定,就像灯光、音响,哪一个方面都不能出问题。

计算机系统直接影响任务成功。测控计算机系统好比人的大脑,任务中所有信息的交换、存储和处理都要依靠这个系统来实现,出现任何一点小问题,都会直接影响任务的成败。嫦娥三号任务,时间长,国内外测站、深空站多,还要进行遥操作控制,使得计算机平台需要处理的流量大幅度增加,对计算机平台的稳定性提出了更高的要求。他们对自主研发的测控硬件平台集中监控系统进行了升级,增加了长管任务硬件系统的独立监控功能,完善了报警过滤机制,加强了对存储子系统的状态监控,提高了监控自动化程度。

众所周知,硬件与软件不同,硬件的运行状态是看不见,摸不着的,虽然靠自动化手段能够实时发现故障,但更重要的是提高技术人员预判故障的能力。指控室的专家们从机理原理入手,把所有参试设备研究了个遍,对参试系统有了深层次研究,预判能力得到了提高,确保出现问题时,第一时间处理。计算机专家李大琪形象地说:“就像自己的孩子,要闹什么脾气出门儿清。”

嫦娥探宫,地月飞虹。三年,在历史的长河中也许是短暂的一瞬,但对于飞控人来说,却是历经艰难。就在这三年嫦娥三号任务准备中,飞控中心还圆满完成了天宫一号与神舟八号、九号、十号三次交会对接任务。他们,连续作战,不怕疲劳,用智慧与汗水铺就了一条奔月之路。

信步广寒宫,尽在掌控中

陆地上,星罗棋布的测控站。大海上,迎风破浪的测量船。

分布东西南北的射电望远镜,天罗地网,组成了中国测控网。

面对飞控大厅嫦娥三号五彩缤纷的飞行轨迹,飞控中心副主任李剑感慨万千——

首次成功完成载人登月的美国科学界给予了高度关注,叹服“中国航天团队一再表现出一种不可思议的能力”。澳大利亚的天体物理学家凯蒂·马克说:“自我有生以来,中国是唯一在月球上‘软降某个物体的国家。”

嫦娥三号首次实现我国航天器在地外天体巡视探测。月面巡视过程中,首次实现对月面探测器的遥操作。

嫦娥三号创造了多项“首次”。而“首次”就意味着风险。澳大利亚太空专家莫里斯·琼斯说:在月球上着陆,比只进入轨道要棘手得多,没有犯错的余地。

“没有犯错的余地”,始终考验着中国航天的深空测控能力。

为了不“犯错”,中国飞控人把对祖国的热爱、对航天事业的挚爱,倾注到九天之上。

中国飞控人有两句话要记住:第一是一切尽在掌握:第二是天地之间有我在。

吴风雷是飞控中心的一位金牌博士,曾以最高分获得国际空间大学硕士学位的吴风雷,获得了10余项国家级科技进步奖,2项申报专利,3项科研成果填补了国内空白。

然而,过去的成绩对现在面临的任务并不意味着什么。“嫦娥三号”是全新的挑战,没有现成的方案可借鉴,没有资料供参考,哪怕是前人失败的教训都找不到!该怎么办?

吴风雷给自己定了两条原则:只要是有关嫦娥的会,无论大小他都要参加;只要是有关嫦娥的文件,不分系统他都要认真研究。几个月下来,他就把任务状态摸了个门儿清。在全面掌握技术状态的基础上,吴风雷带领他的团队先后突破了两器协同控制、月球车路径规划等一个个技术难题,成为了嫦娥三号任务名副其实的飞控专家。

2013年9月,在北京举行的国际宇航大会上,吴风雷用流利的英文,向与会专家介绍了嫦娥三号任务的相关情况。他独到的见解、不俗的表现深深吸引了来自国内外航天界的知名专家,会场掌声如雷经久不息。

一部好的电影,必须得有一部好的剧本。赵凤才和席露华就是嫦娥三号探月任务这部年度飞天大片的“编剧”。

从“嫦娥”发射到落月探测,一步一步,“嫦三”走向何方,探月剧情如何发展,“玉兔”月球车该怎/aN游月宫,他们都在飞控总体技术方案这部“嫦三”探月剧本里一一为我们诠释。

赵凤才是中心嫦娥三号任务总体室主任设计师,担负着撰写任务飞控总体技术方案的重任。自2010年10月飞控中心嫦娥三号任务项目成立以来,赵凤才带领项目组一遍又一遍翻阅国内外相关文献、讨论研究,撰写了几十万字的飞控总体技术方案,前后修改完善达二十余次。

席露华的主要工作是为月球车“玉兔”做好“人生规划”。作为飞控中心嫦娥三号月球车遥操作工作的主任设计师,她面临的是一项全新的开创性工作。

“玉兔”号月球车是我国第一个能够在地外天体上行走的航天器,怎么安排好它的工作生活,我们没有任何经验。两年的任务准备期间,席露华和同事们进行了大量的论证、验证,终于撰写出《巡视器遥操作控制总体技术方案》,经各方专家论证,堪称完美。

嫦娥三号任务重点在飞控,难点在飞控,而轨道控制却又是重点中的重点,难点中的难点。

刘勇是轨道室控制组组长,嫦娥三号任务轨道室主任设计师,有“神箭手”的美誉。不修边幅,不爱说话,这是刘勇给每一个初见他的人留下的第一印象。然而,就是这个刘勇,身上却环绕着一个个荣誉的光环:国家科学技术进步奖特等奖获得者、“探月工程嫦娥二号任务突出贡献者”、“中国青年五四奖章”获得者等。

刘勇荣誉的取得源自他在我国历次探月工程任务中的精彩表现,源自他在嫦娥奔月道路上突破的一个个技术难关。早在2010年我国执行嫦娥二号任务时,刘勇就通过几个月的加班加点先后攻克了非对称降轨、轨道平面机动、环月注入轨道和轨道拼接等难题。在后续嫦娥二号拓展试验中,他又创造性地提出了逐级微分改正法的平动点轨道设计方法,实现国际上首次从月球飞往日地系平动点的飞行控制:确定了最优的轨道控制策略,实现嫦娥二号对“图塔蒂斯”的近距离飞越探测,在世界上首次获得了“图塔蒂斯”的高分辨率可见光图像。

“轨道线如同飞行器的生命线,我们轨道人掌控飞行器生死,必须精益求精,准上加准!”这是刘勇对自己工作的承诺。

嫦娥三号任务开始后,基于着陆器和巡视器两器协同控制复杂,精度要求高等特点,刘勇从改进基础计算模型入手,牵头开发出月面探测所需的坐标转换、日地相对位置计算等程序,经历次联试演练验证,大幅度提高了“嫦三”轨控计算的精度。面对巡视器机械臂规划这个全新的难题,他制定了合理的避障策略和碰撞检测方案,成功突破了机械臂运动控制技术。

精算妙控若等闲,遥控嫦娥飞九天。刘勇凭借着自己过硬的本领,在浩瀚无边的宇宙空间里,实现了对嫦娥三号探测器的精准控制。

暗灰色的月面,凹凸不平的撞击坑,大小不一的陨石……遥操作厅大屏幕上,一幅月球地形图立体地展现在大家面前,让人身临其境。

这不是一张普通的图像,它是实时还原的月球表面真实环境。飞控中心软件室博士李立春就是专门为“玉兔”号月球车画“地图”的人。

月球车对月面的地形条件要求非常苛刻,如果不能给它准备一份准确的“地图”,就可能带来不可估量的损失。李立春要在十多分钟内,完成对十余组图像的分析处理,并且要快速还原出月貌,这对图像处理软件的可靠性、实时性和自动化程度都提出了很高的要求。

李立春深知与在学校搞研究不同,实战不允许失败。他结合自己博士期间的知识积累,提出了十几种图像感知处理方案,并通过夜以继日的软件开发,在很短的时间内就研制出嫦娥三号探测器图像接收分析处理系列软件,实现了巡视器在月球上行走时能看得见,还能测得准。

同时,他和同事们在深入研究多种信号体制的干涉测量信号处理技术的基础上,突破了传统VLBI、差分单程测距测速、双差分单程测距测速、同波束干涉测量等技术,通过集群并行处理等方式实现海量深空干涉测量原始信号数据的快速处理,为月面高精度定位奠定了基础。完成这些,李立春并没有满足,“万一月球车在月球遇到障碍怎么办?受到干扰怎么办?”,这是他预想并要解决的问题,为此他开拓性地提出了视觉系统自标定方案,这为我国首次地外天体的成功巡视探测增加了新的砝码。

“眼睛是人类心灵的窗口,月球车的‘眼睛是探索太空的基础。”这句话是王保丰在工作笔记的扉页上写下的。王保丰是中心视觉导航研究学科带头人,他所研究的“视觉定位”技术被誉为月球车的“眼睛”。世界上只有美国、俄罗斯少数发达国家才具备这种技术,在我国尚属空白。

由7人组成的“视觉导航研究创新团队”,在王保丰的带领下,迎难而上,夜以继日刻苦攻关,捷报频传。他们先后突破了月球车相机的精确标定、视觉系统图像匹配等多个难关,为月球车设计了一双视角宽广、明亮的“眼睛”。

如果说王保丰亲手为“玉兔”安上了智慧的“大眼睛”,那么于天一则用自己的“金手指”为“玉兔”擦亮了“双眼”。

于天一这个名字很多人并不陌生,从神舟四号飞行任务至今,由他负责发送的上万条指令无一差错,创造了足以骄傲的成绩,也为他赢得了“金手指”的美名。

在嫦娥三号任务中,“金手指”不但要确保发令万无一失,还要负责为月球车擦亮“双眼”——建立月面地形,进行路径规划。

月球车在月球上行走首先必须感知环境,于天一和同事们要先把月球车拍摄的二维图片转化成三维地形,月面上的每一个坑、每一块石头都要精确描述出来,比如一个坑有多深、多宽,石头有多高、多大等等。只有准确建立起地形才能对月球车行进路径进行规划,规划好路径之后,才能根据路径编写控制指令,实现对月球车的控制。

面对任务状态全新、技术难度高、没有任何经验借鉴等重重困难,于天一和同事们毫不畏惧,迎难而上,先后攻克了月面地形建立、巡视器路径规划与行走控制、巡视器虚拟现实操作与控制等关键技术难题,真正为“玉兔”畅游月宫擦亮了智慧的“大眼睛”。

地月之间相距38万公里,在如此遥远的距离上实现高精度定轨,必须依靠深空干涉测量。

中国卫星发射总部的会议室内,一场无声的较量正在进行。这是深空测量数据测试现场,来自国内外的十多名专家正通过分析比对选出最优的结果,这个结果将直接关系到嫦娥三号任务的测定轨精度。参与测试的多家研究单位都在焦急地等待着,整个会议室被紧张的气氛笼罩着。最终,飞控中心处理数据分析结果以精度最高、误差最小得到了专家的一致认可。

“你们的测量精度已经达到了国际先进水平!”当欧空局的专家竖起大拇指的时候,飞控中心韩松涛博士露出了灿烂的笑容。

在嫦娥三号任务中,接收处理38万公里之外传回的探测数据,对飞控中心来说还是第一次。担任深空干涉测量数据处理分析主岗的韩松涛感到了前所未有的压力。

相对于传统的测量处理技术,干涉测量技术的种类繁多,数据庞杂,成几何幂次增长,而韩松涛要在10分钟以内完成海量数据的处理,还要保持极高的精度,难度可想而知。

雷达专业毕业的韩松涛面对着几乎是零的专业空白没有退缩,他通过长期不懈的努力自主研究出了高精度信号处理和大动态航天器自适应模型重构算法,开发出了飞控中心干涉测量数据处理软件,极大地提高了深空数据处理效率和精度。

“天地通”是“天地通信系统”的简称,这是飞控中心与各测控站以及航天器之间的信息传输通道,也是一条天地间唯一的通信通道,对任务安全顺利进行起着至关重要的作用。

从飞控中心接手对嫦娥三号的管理控制开始,硬件平台岗位工程师李赛和同事们就要一直坚守在岗位上,确保系统平台稳定可靠。不同于我们地球环境里的通信活动,地月空间中,探测器与各测站以及飞控中心之间的通信会受到多种条件的影响,为了确保系统稳定,李赛和她的同事在任务准备期间针对可能发生的各种干扰展开了上百次的测试,不放过任何一个细节。

高级工程师刘博扬也是一位坚守在硬件平台岗位的科技人员。然而在嫦娥三号任务中,他更让人注意的却是另一个头衔——“玉兔”号月球车手控驾驶台的设计师。

这个头衔很响亮,然而活却没那么容易干。外形怎么设计?38万公里之遥,又如何实现精确驾驶?这一个个问题摆在了他的面前。没有美术底子,他就找来美术专业的书籍开始自学,并借着陪7岁的女儿参加绘画培训班的机会向美术老师请教学习。需要仿真验证驾驶台的控制系统的设计效果,刘博扬就找到了中心软件室仿真组的同事,向他们学习仿真软件开发经验,自己再一点点琢磨着干。

两年的努力攻关没有白费,刘博扬成功设计出中国第一台月球车手控驾驶台,并通过了专家的评审验证。至此,中心也顺利突破了巡视器可视化操作与控制技术,成功建成了月球车手动驾驶系统,并应用立体显示技术,实现了人在回路进行控制的遥操作环境。

贾敏是飞控中心遥测故障岗位负责人。嫦娥三号任务要求她要以一个悲观者的心态去考虑事情。航天器要从地球飞到月球并完成落月,月球车还要在月面进行巡视勘察,遥测数据是判断这期间航天器状态的唯一渠道。漫长的飞行时间、遥远的飞行距离、众多的重要事件,风险可以说是始终伴随着任务的进程。贾敏的工作就是尽可能地把可能发生的故障全部想到并逐一提出对策,从而最大限度的提高测控工作的可靠性。

知己知彼方能百战百胜。贾敏以她一贯的乐观积极从容应对,一头扎进了上百万字的技术资料中。她不分昼夜仔细研读了十余份外部输入文件,短短几个月,航天器的构造和工作原理她都能如数家珍般一一介绍。虽然从事多年的飞控工作早已是熟记于心,但是全新的嫦娥三号任务,整个测控通信系统状态发生了很大的变化,我国两个深空站首次投入使用,多种探测技术也首次应用到航天器位置确定中。同时,不同于以往任务中飞控对象都是绕天体飞行的航天器,轨道和姿态保持稳定,运行状态可以预测,嫦娥三号任务首次采用遥操作的控制方式,受月面环境、障碍物、光照和通信等多种条件约束。贾敏就像当年刚刚来到中心一样,以一个小学生的姿态重新学习,汲取着更多更新的知识。由她给出的自定义参数及计算方法、重要事件判断要求和判据设计,为遥测处理及重要事件判断提供了重要的技术依据。

在嫦娥三号任务中,中国飞控人用智慧和心血牵引嫦娥三号踏上月球,巡视月宫,铺就了一条“中国轨道”,先后突破了多项飞控技术——

巡视器可视化操作与控制技术,建成了月球车手动驾驶系统,应用立体显示技术,实现了人在回路进行控制的遥操作环境,为地面指挥决策提供了重要辅助手段。

多体制深空干涉测量数据处理技术,为探月轨道确定和月面高精度定位提供了新手段。

全新的遥操作任务系统,为嫦娥三号铺设了一条安全、畅通、两双的信息高速公路。

三维可视化技术通过实时数据驱动,把38万公里外的月球拉近到眼前,让决策人员直观地观看“嫦娥”在月球上的一举一动。

月面探测机械臂运动控制技术,实现了月面就位探测的高精度控制,探测距离精确控制至毫米级。

这一系列关键技术的突破,为“嫦娥”插上了探月的翅膀,中国飞控人把浓墨重彩的画卷,留在了月球,留在了奔月之路上。他们,用自己的聪明与才智,在九天之上谱写了一曲壮丽的凯歌。

漫漫奔月路,助推中国梦

从“玉兔”号在月面留下的第一行中国脚印,到展现在月球上的五星红旗,嫦娥三号展示了中国探索未知空间的决心。

面对“嫦娥”与“玉兔”互拍成功后飞控大厅响起的经久不息的掌声,飞控中心党委书记林玉南心情激动——

作为党委书记,他每天置身于这一群敬业奉献的科技人员中间,亲身经历了连续奋战的日日夜夜,亲身感受着他们无私奉献、敬业爱岗的情怀。

当许多媒体赞叹中国航天团队“年轻”的时候,又有谁知道:这群“70后”“80后”用一副副年轻刚强的肩膀,扛起了一个古老民族的过去、现在、未来;那一张张青春焕发的脸庞,洋溢着一个伟大民族的昨天、今天、明天。

在飞控中心有一批年轻的“老同志”。陈翔,31岁,在嫦娥三号任务中担任型号副主任设计师。这个长了一张娃娃脸、颇有些书生气的年轻人,2003年从北京工业大学毕业后,已经在航天战线工作了10个年头,并参加了神舟五号以来的8次航天飞控任务。他笑称自己是“老同志”了。

飞控中心党委书记林玉南说,在嫦娥三号任务中,飞控中心的科技人员平均年龄不到35岁,而主任设计师的平均年龄是33岁,2?岁的戴望,已经是经验丰富的“老”调度员了。

嫦娥三号任务首次实施落月,飞控中心对月球车进行遥操作控制,总体室博士后邢锦江开发的飞控协同自动规划与辅助决策支持系统,解决了这个技术难题。作为中心最年轻的高级工程师,他的成长经历颇具传奇色彩,3年前作为人才被引进中心,直接参与首次交会对接任务,因在任务中表现出色,被破格提拔为高级工程师。

飞控中心流传着这样一句话,“1年人力,3年人手,5年人才,10年人物”,良好的人才环境有目共睹,经过1?年磨砺,一批年轻人脱颖而出,实现新老更替,成为航天飞控事业的中坚力量。

漫漫流失的岁月,以旧岁的涟漪为岸,又荡起新的波澜。与中国航天相伴的这群年轻人,最欣赏的就是飞船和卫星划出的飞行轨迹。而他们的人生.一如那绚丽的轨迹,永远追寻着不同的美丽弧线。

风光无限的航天事业的背后,是常年超负荷的工作,是常人无法想象的困难和压力。2013年3月,刚届而立之年的陈略担负起撰写飞控中心VLBI深空干涉测量中心建设方案的重任。按照项目建设进度规划,一个月内他必须拿出切实可行的实施方案并通过专家组评审。时间实在是太紧了,项目组很多同志压力都非常大,担心完成不了。陈略却二话不说,带头苦干起来。考察调研、开会讨论、听取意见、起草修改……工作一项项开展起来。这一个月里,他们保持着平均每天十五个小时以上的工作强度;这一个月里,他们高质量完成了3万字且附有各类详尽软硬件系统图表的建设方案初稿:这一个月里,他们的方案按各方意见前前后后修改过18个版本,并最终通过了专家评审。两个月后,飞控中心VLBI深空干涉测量中心建成并投入使用。三个月,是他用“快”创下的又一个纪录。

谁不恋花前月下,谁不想天伦之乐。但对于飞控人来说,这些都是奢侈的。陈骁是飞控中心负责嫦娥三号任务测控应用系统软件总体设计的高级工程师,从2010年10月任务准备启动开始,她每天待在单位的工作时间超过十二个小时,每天要与几十个软件配置项、500多个软件接口项打交道,还参与编写了近千页达几十余万字的任务系统间接口文档……

忙碌的陈骁依然没能扮演好妈妈的角色,但她付出全部心血,悉心设计的飞控中心嫦娥三号测控应用软件系统却在任务中经受住了大战的考验,而她参与建设的嫦娥三号遥操作软件系统也在嫦娥三号落月后盛装登场。

嫦娥三号发射成功那天早晨,陈骁拖着疲惫的身躯回到家时,女儿竟然起了个大早等着自己。她兴奋地用小手拉着陈骁说:“妈妈,昨晚我跟爸爸在电视里看到你在那个大厅里的背影了!妈妈,你是最棒最美的妈妈!”

人生是一种坚守,而坚守是一种品质,一种责任。坚守是一名合格长管人最可贵的品质。飞行器在天上飞行一天他们就要坚守一天。没有白天和黑夜之分,没有工作日和周末之别,更不会有节假日的概念。

崔雁,是北京航天飞行控制中心飞行器长期管理室的一名工程师,也是三次嫦娥任务长管系统的主任设计师。

对于崔雁来说,守望航天器,确保航天器长期安全稳定运行是她最重要的职责。守望二字,说则容易,做则很难,只一个“守”字便有坚守和守护之意。

每年的除夕夜,北京城处处张灯结彩,烟花满天,春节里四处洋溢着团圆的气氛。在飞控中心飞管室的长管机房里,崔雁和她的同事们却依然紧盯显示屏,随时记录着遥测数据,观察着嫦娥二号卫星的一举一动,丝毫不敢放松。只有在测控跟踪的间隙,崔雁和同事们才换班用手机向远方的父母亲人打个电话、报个平安。

千里之外,父母在守望着他们,而他们却守望着38万公里之外探月的“嫦娥”。

“既然选择了长管事业,那就要吃得了苦头,耐得住寂寞,就要学会坚守。”这是崔雁给室里新同志们经常说的一句话。

在崔雁和同事们眼里,“嫦娥”就像是自己的孩子,他们会竭尽全力呵护她一生平安,守望她在浩瀚苍穹中划出生命最灿烂的光彩。

仅仅是开始,永没有尾声

五星红旗在月球“飘扬”,激发出中国飞控人豪情万丈的“中国声音”——

身经百战的飞控中心原总工程师张渊说:“中国航天的每一次进步,都折射着智慧和创新的光芒。”

曾经多次参加大型航天任务的退休在家的老高工王唯说:“嫦娥三号把五星红旗带到了月球。中华民族伟大复兴的中国梦,一定会在中华儿女的接力奋斗中变为现实。”

当五星红旗闪耀在月球之上,曾多次参加航天任务,如今身在国外学习的飞控人王霞说:“我虽然没有直接参加嫦娥三号任务,但我为同事们的又一壮举感到自豪,为我们伟大的祖国感到骄傲。”

奔月之路,仅仅是开始,没有尾声。

“两器”互拍成功后,在接下来的三个月甚至更长的时间里,月球车和着陆器还将开展更多科学探测。

在飞控中心的遥操作控制下——

12月1?日,着陆器进行有效载荷测试,包括地形地貌相机环拍成像和月基光学望远镜巡天观测等:

12月18日,着陆器进行两次月基光学望远镜巡天观测:

12月19日,着陆器继续开展月面测试工作:

12月21日,进行了全景相机、导航相机等图像成像和下传工作:

12月23日巡视器进行机械臂投放测试,为后续科学探测做好准备:

12月21日05时22分巡视器开始月夜休眠。

2014年1月11日,嫦娥三号新的科学试验又将开始……

“地球是人类的摇篮,但人类不会永远生活在摇篮里。”从“神舟”的十全十美到“嫦娥”的三战三捷,中国航天事业高歌猛进,一次次刻下中国坐标,一回回托举中国高度,一遍遍见证中国创造。

嫦娥三号,中国飞控人向祖国和人民交出了一份完美的答卷。但这不是一个结束,而是又一个新的起点。在迈向深空探测的征途上,中国飞控人必将向前再向前,不断续写新的辉煌!

“中国梦”蕴含“航天梦”,“航天梦”助推“中国梦”。从嫦娥登月到未来的空间站建设,从憧憬中的载人探月到火星探测,中华民族的梦想将写在更加高远的太空。

责任编辑/兰宁远

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