您当前位置:首页 > 航天历史

神舟一号曾面临失控 最后10秒得到抢救

发布时间:2016-04-14 20:28   浏览 1221 次

原标题:他们在太空“放风筝”

中国青年报·中青在线记者 王达 通讯员 姜宁 祁登峰 《中国青年报》(2016年04月14日12版)

“长征七号”首飞、“天宫二号”发射、“神舟十一号”载人飞行——对于北京航天飞行控制中心来说,2016年将是重大任务接踵而至的一年。

这个位于北京西北郊外、在普通人眼中颇为神秘的机构刚刚度过了自己20岁生日。它被称为中国载人航天和深空探测工程的“神经中枢”。在历次重大任务中,所有的指令都从这里发出,所有的数据都在这里汇聚,所有的信息都从这里传输。一旦出现意外,应急决策也将在这里产生。

“如果把飞行器比作风筝,那么牵风筝线的就是北京飞控中心。当然,这根线是看不见的。”中国科学院院士叶培建介绍,通过遍布在全球的测控网,北京飞控中心可以监测飞行器的状态、遥控飞行器完成各种动作、实现地面与航天员的音视频通话、图像回传等。

“没有北京飞控中心优质的工作,我们是完不成这么多航天任务的。”叶培建说。

“神舟一号”发射时,他们的平均年龄只有28岁

任务准备期间,46岁的北京飞控中心副主任李剑再次走进指挥大厅。在这座频繁出现在聚光灯下的现代化大厅里,李剑听过任务成功时同事们爆发的掌声与欢呼声,也见过老一代科学家喜极而泣的场景。

20年里,北京飞控中心多次成为世界瞩目的焦点。从1999年执行“神舟一号”首飞任务至今,中心圆满完成历次载人航天、交会对接和4次探月工程任务,保持着100%的飞控成功率。

李剑见证了北京飞控中心从无到有的发展历程。1992年,我国决定实施载人航天工程,代号“921工程”,并定下“争八保九”的目标,即争取在1998年、保证在1999年进行第一次飞船发射试验。

1996年3月,北京飞控中心成立,第一座飞控大楼在西北郊外的稻田中破土动工。李剑就在这时从西安卫星测控中心调到北京飞控中心工作。他记得,飞控大楼孤零零地立在田野中,“找了好几个出租车司机都不知道有这个地方”。

当时有人用“三无”来形容这个刚刚成立的中心:没有一台现成用于载人航天任务的设备,没有一行可用的软件代码,没有一本完整的飞控方案。

更紧迫的是缺人,几个老同志带着刚刚招聘的大学生,“大学生脑子里跟白纸一样,连飞船长什么样都不知道”。

“中国载人航天工程会不会因为北京飞控中心建设的速度而推迟?”一些领导表达了自己的担忧。

“虽然时间非常紧迫,但是有效利用时间的主动权却掌握在我们手里。”这批飞行控制领域的创业者每天活跃在飞控大厅、食堂、宿舍的三点一线之间,眼睛熬得通红。

“有时两三个月出去一次,忽然发现航天城外面多出来一条马路,一问才知道是新修的。人家肯定会想,你是火星来的吧?”李剑笑着自嘲。

回过头看,李剑认为“神舟一号”发射前的3年对他们来说是一段艰难的岁月。人员缺乏经验,软件平台尚未建成,大量工程问题暴露出来,一切都在摸索之中。

就是在这样的背景下,这群开拓者穿梭在大大小小的仪器设备和蛛丝般粗细不同的电缆、插头间,在一次次试验摸索中,研制出了第一代一体化航天飞行控制平台,用以支持多种型号任务、多目标测控的需要。

渐渐地,这群青涩的大学生发现,与那些在其他单位当学生、做助手的同学相比,他们大多处在各自领域的关键岗位上,甚至具备了独当一面的能力。

1999年11月20日,“神舟一号”飞船如期在酒泉航天发射场发射升空。指挥大厅里的人们沉浸在一片兴奋之中,他们互相拥抱,用力鼓掌,有人还激动得流下眼泪。此时,这个创造了奇迹的年轻群体平均年龄只有28岁。

时刻准备化解危机的日子有一种迷人的魅力

2003年10月15日~16日,中国首位进入太空的航天员杨利伟巡天遨游21小时23分钟,并在飞船上向世界发出来自中国的问候。

这是永载中华民族史册的一刻,中国进入了载人航天的新时代。从技术角度讲,由于人的出现,相关的保障更加复杂,对飞控提出了更高的要求。

“人命关天,必须确保万无一失。”李剑说。

但要做到万无一失太难了。他记得,“神舟一号”任务时,飞船飞行至第14圈时突然不执行中心发出的数据注入指令,如不采取措施,飞船将因失控而偏离轨道,导致返回失败。

飞控大厅内,气氛陡然凝固。领导命令李剑迅速拿出应急方案。在短短30分钟内,他与同事仔细分析测控计划,快速完成故障分析、测控条件计算,提出故障排除方案,并进行数据注入仿真验证。最终,他在距离飞船返回程序启动仅剩最后10秒时成功注入应急数据,使飞船按预定计划顺利返回着陆场。

“载人航天系统太庞大、太复杂,每次飞船起飞以后,就像有块石头压在胸口,直到任务成功完成才能落地。”李剑记得,前几次载人航天任务时,每当火箭发射升空时,他的腿总会不由自主地发抖。

事实上,北京飞控中心的科技人员对风险有一种高度的警惕,他们花在风险控制上的时间要远远多于正常任务的时间。

从“神舟二号”任务开始,李剑带领课题组开发出“天地一体化飞行控制验证体制”,在任务实施前,用正样飞船、航天员乘组、实战软件和真实测控设备进行验证,相当于把天上的任务先在地上演练一遍,把问题发现、解决在地面。

据李剑介绍,总体室的小伙子高宇辉用近8年时间研发了一套航天器故障诊断系统,能够准确预判航天器故障和参数越界现象。“只要一告警,值班人员就会注意故障,大大提高了人对航天器的掌控能力”。

在李剑看来,“神舟一号”任务和交会对接任务是北京飞控中心技术攻关最艰难的两个时期,也是风险管控压力最大的两个时期。

2012年6月18日,“神舟九号”与“天宫一号”进行首次载人交会对接。载人交会对接飞控事件密集,每一次控制都会有风险。

控制是根据协同工作程序实施的。传统的协同程序编排依靠人工,“加在一起上百万字”,不仅容易出错,而且无法进行动态调整。

博士邢锦江主动请缨,在短时间内突破多个关键问题,开发出一套载人航天飞行任务飞控协同自动规划与辅助决策支持系统,“原来需要几个人干几个月的工作,现在只要把配置文件做好,按一个键,十几分钟就能出结果”,大大提高了效率和应急处理能力。

按照规划,交会对接整个过程用时7分钟。李剑记得,为了这7分钟不出任何差错,总体室做了50多个监视页面,60多种预案。这些预案就像一张随时待命的大网,时刻准备着化解每一个环节可能出现的危险。

在大家的努力下,“神舟九号”与“天宫一号”顺利完成我国首次载人交会对接。

李剑时常想起一次对话。“神舟三号”任务时,他问老领导席政:“这次任务,您觉得会出问题吗?”

“你就把心放在肚子里吧,没有问题!就是出了问题,我们也能解决!”时任中心主任的席政非常坚定地告诉他。

这种信心源自哪里?李剑曾无数次问自己。“我想是建立在我们对任务精益求精的准备和多次任务的磨练基础之上,是建立在我们对飞控任务越来越熟悉、对飞控技术越来越有自信之上的。”

后来执行任务时,他会认真阅读每一行应急预案,但不再惴惴不安,而是变得像老领导一样气定神闲。“飞控不仅是技术,更是艺术。”十几年来,席政的这句话一直铭记在他的心中。

对于随时可能出现的风险,他也有自己的理解:“每一次应急处置都是一次挑战,时刻准备迎接挑战,享受化解危机带来的成就感,这也正是这个事业的魅力所在。”

探月工程的实施,关键在飞控,成败在飞控

在实施载人航天工程的同时,中国人还将目光投向距离地球38万公里的月球。

2004年春,我国绕月探测工程正式立项,决定实施“绕、落、回”三步走战略。探月工程的测控任务落到了成立8年的北京飞控中心肩上。

在此之前,中国发射的飞行器最远测控距离约8万公里。而嫦娥卫星要飞过38万公里的遥远旅程。有领导提出,探月工程的实施,“关键在飞控,成败在飞控”。

迄今为止,北京飞控中心已经圆满完成4次嫦娥卫星测控任务。谈起这4次任务,53岁的北京飞控中心总工程师周建亮如数家珍。

“‘嫦娥一号’卫星是中国第一次飞出地球的航天器,意义怎么讲也不过分。”周建亮说。当“嫦娥一号”传回首幅月球全图时,他觉得“神话般的事情在我们手里做成了”,非常有成就感。

对于“嫦娥二号”,周建亮也有一个颇为形象的评价:“它是一颗出身卑微、梦想远大的卫星。”

“嫦娥二号”原本是“嫦娥一号”的备份星,“辈分很低,是坐冷板凳的”。由于“嫦娥一号”任务圆满完成,它又升级为探月二期工程的先导星,核心使命是对“嫦娥三号”卫星落月点——虹湾区域进行详细勘察。

为此,“嫦娥二号”从200公里的绕月轨道降到近月点距月面仅15公里的成像轨道,最终获得接近1米分辨率的影像。这次轨道控制的成功,标志着我国航天测控技术实现了新的突破。

由于轨道控制精确,完成任务后的“嫦娥二号”仍剩余充足的燃料。在中心的控制下,“嫦娥二号”从月球轨道向距离地球150万公里的拉格朗日L2点进发。在那里,它拍摄到每隔4年接近地球一次的“图塔蒂斯”小行星,创造了人类第一次近距离“观察”“图塔蒂斯”的纪录。

随后,超期服役的“嫦娥二号”燃料耗尽,飞向太空深处。从一颗地球卫星(月球)的卫星,连升两级成为绕太阳飞行的小行星,周建亮说,正是北京飞控中心强大的航天测控能力支持着“嫦娥二号”,“不断追逐梦想”。

2013年12月,“嫦娥三号”实施中国首次月球软着陆任务,再一次展现了北京飞控中心强大的关键技术突破能力。

“巡视器的控制跟在轨飞行的航天器控制完全不一样。”周建亮介绍,巡视器在月面上行走,时刻跟月面地形打交道,而且月面地形不可能事先了解,因此必须采用一种全新的控制手段——遥操作控制。

他带领团队开始了艰难的攻关。“巡视器的遥操作控制从来没有过先例,地形重建、视觉定位、路径规划等大批新的技术需要突破。”周建亮解释说,“这是非常密集的关键技术突破,难度非常大。”

最终,按照遥操作控制方法,巡视器采用视觉导航,安装3对相机拍照。中心根据回传照片合成三维月面地形,并在地形图上规划巡视器的行驶路径,绕避开各种障碍。

此外,他们还创新了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;实现了三维可视化技术,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“玉兔”在月球上的一举一动;突破了月面探测机械臂运动控制技术,实现月面就位探测的高精度控制,探测距离精确控制至毫米级。

最终,“嫦娥三号”成功实施我国首次月球软着陆任务,着陆器和巡视器实现了精彩互拍,并传回从月球上拍摄的第一张五星红旗的照片。“嫦娥三号”任务取得圆满成功,中国成为继美国、苏联之后第三个实现月面软着陆的国家。

好消息一个接一个传来。2014年,再入返回飞行器试验圆满成功,探月工程三期拉开序幕。周建亮觉得,中国人距离探月工程成功越来越近。

目前,周建亮正在进行“嫦娥五号”采样返回任务的关键技术攻关,“刚刚启动了软件的开发和飞控实施方案初稿的编写,考验还在后头”。

再过二十年大家再相会

在平均年龄为34岁的一线科技人员群体为新的任务奋战时,一群头发花白的老人再次来到北京飞控中心。他们都是曾在这里工作过的退休干部,前来参加中心成立20周年座谈会。

“跟别人聊工作经历,我首先必然会说我是北京飞控中心的人,这是全社会为之向往的地方。”原中心老领导张声远说。这次参加座谈会,他特意穿上了“神舟一号”任务前发的工作服,引来一片羡慕的眼光。

这些老人会前参观了北京飞控中心20年发展图片展,不时指着一张图片高声交谈。“好多我们原来想做不敢做的事,你们都做成了!”原中心一室高级工程师王方德不禁感慨。

20年里,北京飞控中心圆满完成10次神舟飞船、“天宫一号”任务,完成“嫦娥一号”“嫦娥二号”绕月探测、“嫦娥三号”落月巡视探测以及再入返回飞行试验任务。

此外,他们还突破了一系列载人航天和探月工程飞控关键技术,形成了一套规范高效的飞控任务组织实施模式,构建了性能先进、运行稳定的飞控任务系统。20年里,科技人员先后自主研发了两代飞控软件系统,目前正在研制自主可控的第三代软件系统。

更宝贵的是,一批高水平的青年科技骨干已经在飞控领域发挥重要作用。博士后科研工作站、航天飞行动力学技术国防科技重点实验室也先后在北京飞控中心落地。

航天员刘旺不久前与国外同行和科研人员交流,发现对方不仅称赞中国的技术,更称赞中国载人航天科研人员的年龄结构。李剑也曾听说,俄罗斯一位退休的航天中心主任来参观后感慨:“你们有这么多黑头发的航天测控人,真让人羡慕!”

对于未来,这群充满干劲儿的科研人员也已经做好了准备。据北京飞控中心主任陈宏敏介绍,中心过去的20年先后经历了艰苦奋斗、创建起步,完善功能、实现突破,开辟领域、使命拓展,攻坚克难、全面提高4个发展阶段。现在中心已进入了面向未来、创新发展的崭新阶段。从2016年~2022年,中心将连续执行载人航天工程、探月工程以及自主火星探测任务,总数达20次,平均每年近4次。除了任务密度高,还将面临“新火箭、新发射场、新飞行器、新任务平台”的形势。

“我觉得大家非常了不起!”座谈会上,代表老专家发言的王方德提高嗓门说,“我想再过20年,大家再相会!”他的话音刚落,现场就响起了飞控人热烈的掌声。

爱航天网简介 | 联系我们 | 我要投稿 | 免责声明 | 隐私保护 | 意见反馈 | 网站合作 | 网站导航 | 爱航天网 | 航天精神
爱航天网(www.aihangtian.com),致力于推动航天知识科普教育、传播航天精神。爱航天网,为中国航天加油,为中国航天喝彩!
网站违法和不良信息举报邮箱:jubao#aihangtian.com(请将#换成@),欢迎您提供航天新闻、发射任务、文字、图片、视频等资料
Copyright © 2015  爱航天网版权所有  京ICP备12042125号-2