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1 走进北京航天飞行控制中心轨道室

  30多人的团队,平均年龄29岁半;遨游在数字世界,创造着中国航天测控奇迹。从载人航天到月球探测工程,他们屡建奇功。

  这就是2007年12月被国家人事部、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”的北京航天飞行控制中心轨道室。

  走出中国特色轨道测控之路

  2007年10月24日18时05分,四川大凉山峡谷。

  一声惊天动地的轰鸣,长征三号甲运载火箭托举着我国首颗月球探测卫星嫦娥一号直冲云霄,踏上漫漫奔月旅程。

  同一时刻,北京航天飞行控制中心。

  大屏幕上飞行参数不断跳跃,报告声不时响起:一、二级火箭分离成功……卫星入轨!

  3分钟后,唐歌实、陈明就报出了精确的卫星入轨参数。接着,飞控中心宣布:“嫦娥”进入预定轨道!

  飞控中心既是我国载人航天工程飞行控制中心,也是绕月探测工程飞行控制中心,承担着飞控决策、轨道控制、数据分析处理、应急控制以及卫星环月飞行后长期管理等任务,是“嫦娥”的“领航人”。“嫦娥”升空400秒后,飞控中心对其实施全程指挥控制。

  绕月探测工程是我国首次开展对地球以外天体的直接探测,是一项复杂的多学科高技术集中的系统工程。

  2004年3月,轨道室刚领受任务时,诸多难题前所未有。嫦娥一号卫星是我国航天史上第一个绕月飞行器,重点和难点都在测量控制;奔月中,要经过调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道三个阶段,设置10余种工作模式。测控复杂程度创中国航天之最:飞行从过去我国卫星到达最远距离约8万公里,变为约40万公里;在地球、月球、卫星三体运动条件下,月球探测卫星的轨道设计较以往地球、卫星相对运动条件下的设计更为复杂,对测控精度要求更高、各种测控应急支持实效性更强;卫星8次变轨中,有两次控制具有唯一性和不可逆性,一旦错过时机或控制稍有偏差,就直接导致整个任务失败。

  人类探月史上共进行了123次探月活动,成功率仅49%。面对困难和挑战,他们确立研发课题,成立攻关小组,细化工作计划,明确时间节点,每个人都有一张细化到小时的计划表;到设计单位学习调研,向航天专家请教。接下来就是没日没夜地泡在机房,一个个方案常常是讨论再讨论,修改再修改。

  轨道控制技术是绕月探测的核心与关键。如果卫星发射准确入轨,控制不准确,同样是失败。为了实现奔月轨道的全程优化轨道控制策略,该室副主任谢剑锋在分析总体单位轨道设计的基础上,针对卫星在飞行中遇到的各种情况,作了一遍又遍的试验和计算。有时为了一个小细节,他在机房一坐就是一天一夜,不但完成了全程优化轨道控制策略,节省了偏差轨道下卫星燃料,还进一步研究出了异常轨道下的控制策略,确保在轨道出现异常或是偏差较大时,卫星也能够及时进行调整,获得飞往月球的最佳路线,提高了卫星被月球捕获概率。

  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高精度定轨软件,每天工作12个小时,420多天基本如此。他一边了解卫星最新需求,一边与国外成熟软件作对比,几百页的软件程序,每一页、每一行、每一句都是看了又看,研究了再研究。那段时间,他几乎是“钉”在电脑旁。

  无数个不眠之夜,无数次方案讨论软件调试,不到3年,他们自主研制成功“嫦娥”的轨道确定、轨道控制、计划生成和动力学仿真等测控应用软件的60多个进程,4300多个模块,35万余行源程序,取得了一系列重大科研成果:突破了绕月探测的高精度定轨技术、地月转移轨道及环月轨道的高精度轨道机动控制、应急轨道控制、全程实时姿态计算和测控状态监视等一系列关键技术,成功解决了“远距离测控、高精度测量”等重大技术难题,首次实现了我国航天网、天文测控网和欧空局测控网的无缝衔接,把我国航天测控技术水平推向新高度。

  控制精确到万分之三

  深秋的一天,某国一位航天女专家来到飞控大厅,目光所及,连声赞叹。当她提出的一个个技术问题都得到轨道室控制专家唐歌实满意的答复时,她笑露出了对中国同行赞赏的微笑。

  从2007年10月24日至11月7日,轨道室对“嫦娥”实施了1次远地点变轨、3次近地点变轨、1次中途修正、3次近月制动,40多次飞控模式转换,发送指令2000多条,注入数据500块,转换下行数据格式50多次,全部做到计算准确、控制精确、决策正确,实现了“精密测控、精确变轨、成功绕月”的目标。

  2007年10月26日,“嫦娥”第1次近地点变轨成功后,唐歌实在对前几次卫星实际测定轨道与目标轨道的分析中发现,轨控相关刻度系数与实际轨控参数存在千分之二的误差,经比对,确认此误差属正常范围,不会对卫星产生多少影响。但这位曾参加过6次载人航天飞行任务的轨道控制专家对此抓住不放,进行研究与分析,最终核实了这个误差可通过参数调整进行修正。他拿出详实的修正方案,得到各系统专家认可。此举,使“嫦娥”的轨道控制精度提高两个数量级,最终将卫星轨道误差控制在百米量级内。正是这次精确控制,原计划的3次中途修正,只1次便达到了轨控效果,为卫星节省了190多公斤燃料,可使卫星延长寿命两年。

  轨控过程中,1秒钟轨道能改变10公里甚至100公里,遥测数据的间隔却远大于1秒,若根据遥测加速度计数据精确标定轨控效果几乎不可能。工程师陈莉丹分析大量的遥测加速度计数据,发现了数据变化的规律,找到精确计算速度增量的方法,使控制精度大大提高。

  2007年11月5日,“嫦娥”第1次近月制动,这对轨道室是生死悠关之战,减速刹车既不能早也不能晚,制动量既不能大也不能小,否则就会飞离月球或撞击月球,导致任务失败。

  11时37分,轨道室科技人员准确发令,“嫦娥”顺利完成第一次“太空刹车”,月球捕获卫星,成为我国第一颗月球卫星。这次成功制动,表明我国已具备对距地球38万公里卫星进行精确测控的能力,标志我国航天测控水平有了新突破。

  轨道计算、控制参数体现着飞控精度。“嫦娥”入轨时,他们3分钟就确定卫星入轨参数,比计划缩短7分钟,轨道精度优于千分之一,达到世界先进水平;环月飞行中,综合利用各类测量数据计算轨道120余次,轨道控制精度达到万分之三,大大优于设计要求。飞行12天,到达月球与预期时间仅差20秒,最终实现成功绕月飞行。

  用忠诚续写精彩篇章

  2007年10月26日18时,当人们正沉浸“嫦娥”第1次近地点变轨成功时,轨道室再传喜讯:谢剑锋的儿子降生了。然而,在妻子怀孕期间,作为轨道室副主任的谢剑锋没能抽出一天去陪伴妻子。完成第一次远地点变轨控制参数注入后,他才匆匆赶到离分娩仅3小时的妻子身边,这时的他,已在飞控大厅连续工作20多个小时。他带着内疚把妻子送进产房。儿子出生第二天,他在孩子熟睡的病房外,默默许了一个愿,又匆匆赶回机房。

  近年,轨道室因出色完成载人航天工程,先后荣立集体一等功、获荣誉称号各一次,取得多项重大科技成果,获部委级科技进步一等奖3项、二、三等奖15项。

  与飞船和卫星相伴的这群年轻人,最欣赏飞船和卫星划出的飞行轨迹。

  控制组组长刘勇在距任务40多天时,接到开发“嫦娥”姿态球任务。他沉着应对,冷静思考,对任务需求进行细致的分析,两天确定方案,20多天便研制开发出三维图形库和建模工具,突破了模型构建、圆锥曲线显示和视点控制等关键技术。

  2003年在执行首次载人航天飞行任务时,唐歌实在验算受非球形引力造成的摄动力影响时,发现两套程序计算的数据在小数点后第六位出现不一致,这会导致轨道预报在第5圈后产生400多米的差异,不能满足高精度变轨控制要求。为查原因,他几乎3天3夜没合眼,把十几页的推演公式、几十页的实施方案和两套程序,反复核对、比较,终于发现是在不同的编译系统下,对一个开平方处理时产生了微小差异。接着,他又迅速拿出了技术对策。执行“嫦娥”任务前3天,负责轨道控制计划的室副主任刘成军敏锐地发现,目前设计的测站计划实施流程,在特点的情况下可能导致两个测站实施计划发生冲突;极端情况下,会导致两个测控站加载同一个点频上的载波,会导致卫星上的某个元器件烧毁的严重隐患。在他的带领下,最终修改了流程,杜绝了隐患。

  负责“嫦娥”轨道计算的高级工程师李革非,为制定完整的轨控方案,她几乎把自己定格在机房,经常是眼睛盯着主机屏幕,手里进行着计算。论证、分析、试算,再修正方案。因过度劳累免疫力下降,患上了面部神经性痉挛症,不得不住院手术。没几天,她就央求丈夫拿来笔记本电脑,把病房当机房。就这样,李革非住院一个月,计算了30天,提前完成了“嫦娥”轨道计算预定进程。

  追求的步伐因为理想而执著向前。为了神圣的事业,轨道室的年轻人舍弃的太多太多。

  2007年11月26日上午,温家宝总理为我国首次月球探测工程第一幅月面图像揭幕,标志着嫦娥一号卫星飞行取得圆满成功。那一刻,轨道室的年轻人留下了激动和自豪的泪水…… (杨冰 于莘明)

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作者:aymi 2008/1/29 9:42:01 | 回复楼主 举报 TOP

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