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北京航天指挥控制中心:精测妙控驾“神舟”


http://www.sina.com.cn 2005年03月25日 15:12 科学时报

  伴随着“神舟”一号至五号飞船的一次次遨游苍穹,北京航天指挥控制中心已成为继俄罗斯莫斯科飞控中心、美国休斯敦航天中心之后世界第三大载人航天飞控中心,跨入了世界一流飞控中心的行列。

  1995年12月成立的北京航天指挥控制中心,是我国载人航天任务的指挥调度中心、飞行控制中心、数据处理中心和信息交换中心,是载人航天测控任务的“神经中枢”,也是
航天员的“生命通道”。从“神舟”一号飞上太空到“神舟”五号载人航天获得成功,北京航天指挥控制中心以百分之百的测控成功率为我国载人航天事业做出了突出贡献。2005年1月13日,中央军委主席胡锦涛签署通令,为他们记一等功。

  跻身世界前列

  让我们将时针拨回到2003年10月16日清晨,“神舟”五号飞船正在进行环绕地球的第14圈飞行,我国首飞航天员杨利伟即将返回地面。

  最后决定飞船返回成败的4分17秒到来了。“飞船返回注入开始。”指控中心一声令下,技术人员开始了飞船的精确控制,只见工作人员依次实施一次调姿、轨道舱与返回舱分离、二次调姿等6项关键飞控技术操作。飞船随即建立了升力控制再入姿态,并脱离原先的轨道,按照预先设计向着祖国北部疾速而来。

  “回收一号发现目标!”内蒙古中部草原上的主着陆场传来的报告声打破了指控大厅里的沉静,顿时爆发出了热烈的掌声和欢呼声。北京中心总工程师张渊自豪地说:“北京航天指挥控制中心计算出的飞船预报落点与实际落点仅差420米,预报精度达到世界先进水平。”

  载人航天器的精确返回控制技术,是保证载人航天飞行任务安全成功的核心技术之一,也曾经是制约我国载人航天测控技术发展的关键技术。从航天飞机到国际空间站,人类的载人航天飞行日新月异,世界载人航天飞行控制技术不断取得新的突破,特别是航天器轨道确定技术正向着越来越高的精度方向发展。由于飞船绕地球运行时,将在太空受到大气阻力、地球引力等多种摄动力的影响,其力学模型涉及到数学、力学、地球物理学、海洋学等综合学科,因此,飞船轨道精度不仅是世界航天界的前沿课题,也是衡量一个国家航天测控技术水平的重要指标。

  在没有任何经验可以借鉴的情况下,经过上千次的试验论证,北京航天指挥控制中心的科技人员独创了返回控制参数计算与返回落点预报方法,开发出了飞船返回的核心控制软件,应用在目标落点等计算结果的精度、准确性和可靠性上,超过了任务总体技术要求,填补了国内空白,使我国成为继俄、美之后第三个掌握此项技术的国家。飞船定轨精度优于百米量级,取得了我国近地航天器定轨30年来的重大突破,为历次载人航天飞行任务的成功做出了重要贡献。

  高精度轨道机动控制技术同样是指控中心长期致力于突破的重大关键技术,世界上只有少数国家掌握。中心科技人员将世界最优控制理论应用于实践,创造性地解决了飞船轨道控制的关键技术,使地面指挥员能够及时对飞船实施精确变轨。在“神舟”飞船飞行任务中,他们多次启动船载小动量发动机,成功进行了高精度的轨道机动控制,令世界航天界刮目相看。

  随着我国载人航天事业的发展,北京航天指挥控制中心在攀登载人航天测控技术高峰的征途上取得了一次又一次重大进展,攻破了一道又一道难关,相继突破了测控过程可视化技术、飞行控制自动化技术、软件构件化技术、智能化故障诊断技术、应急救生控制技术等重大科技课题,8项技术达到了国际先进水平。

  铺就中国飞天路

  测控通信系统是载人航天工程七大系统之一,北京航天指控中心是这个系统的“神经中枢”。“神舟”飞船上天后能否进入轨道、正常运转、安全返回,航天员能否准确无误地完成各项飞行操作等,完全依赖于指控中心统一指挥和调度地面庞大复杂的测控系统,实施精确的测量和控制。

  背负着希望与重托,1995年,北京航天指挥控制中心“白手起家”,一批批建设者来了,一批批测控专家来了,一批批风华正茂的大学生来了……他们怀着壮志飞天的理想,走进了探索太空的大军里。历经了无数个不眠之夜,无数次设备调试,无数次方案讨论,无数次连续苦战,经过3年多的艰苦创业,一座现代化的航天城拔地而起。绿树怀抱,高楼林立,天线纵横交错,电波穿梭交汇。信息在这里多方位聚散,数据在这里传递输出,画面在这里纵横组合……一个功能丰富、反应快捷、运算精确、可靠性高的现代化飞控中心初步建成。

  北京航天指挥控制中心是我国第一个,也是世界第三个具有透明控制能力、可视化测控支持能力、高精度实时定轨能力、高速数据处理能力、自动化计划生成能力和清晰图像传输能力的现代化飞控中心。建成了由多台高性能计算机和庞大的飞控软件组成的高速数据处理网络;由140余台显示工作站和高分辨率显示大屏幕组成的带有三维动画特点的监视显示系统;以卫星通信网和地面光纤网为主体的现代化通信系统,符合国际标准的C波段统一测控系统,自动化程度很高的技术勤务保障系统以及声像制作、办公自动化、设备计量、通信设备检修等专业实验室……铺就成了中国载人航天的一条“坦途”。

  1999年5月23日,俄罗斯宇航局局长高布契夫在中国参观访问时,专门来到北京航天指控中心。当他走进宽敞、明亮而又充满现代气息的控制大厅时,目光所及,连连赞叹:“中国人真了不起,你们在短时间内创造出了奇迹!”

  我伴“神舟”万里行

  从布阵在三大洋的4艘“远望”号航天远洋测量船,到遍布在全国各地的陆地测控站,“神舟”飞船数以亿计的测量控制数据在这里交汇,又从这里将数以千计的指令发向太空,北京航天指挥控制中心遥测着“神舟”飞船完成了一次又一次永载中华民族史册的壮丽飞行。

  在这里,时针指向的第一个撼人心魄的瞬间是1999年11月20日6时30分,我国第一艘无人试验飞船“神舟”一号从酒泉大漠腾空而起,飞向太空。21小时后,在地面测控系统的持续跟踪与控制下,飞船准确返回地面。作为中国载人航天测控网的“心脏”,北京航天指挥控制中心给世界一个精彩的“亮相”,并以一系列高精度的轨道控制宣告,中国已经成功掌握了载人航天飞行控制技术,并成为继俄罗斯、美国之后的世界第三大载人航天飞控中心。

  载人航天是一项高风险的事业。航天测控更是要求精益求精、分秒不差,任何丝毫的差错都可能造成飞行任务的失败。对指控中心来说,更大的考验和风险伴随着“神舟”飞船的一次次飞行纷至沓来,而他们一次次用精湛技术和坚毅果敢,准确地将指令发向太空,在浩瀚天宇留下一条条绚丽的轨迹。

  飞船发射升空后,在太空中出现任何意外和问题,只有北京航天指挥控制中心能够采取应急技术手段去补救和解决。例如,当 “神舟”二号进入上升段飞行的358秒时,北京中心的两台计算机突然同时出现死机,这就意味着整个北京中心将处于瘫痪状态。而这时,距“神舟”二号飞船入轨已不足4分钟!“必须在飞船入轨前使计算机恢复正常!”在指控大厅现场指挥的首长和专家非常焦急。时任轨道室主任的朱民才是我国航天测控领域的年轻专家,他凭借对每台设备功能特点以及各分系统的结构布局的深入了解,以一种最冒险也是最有效的抢救措施,恢复了两台计算机的正常运行,而此时“神舟”二号飞船即将入轨。

  一次次艰险的考验,将这支年轻的航天测控队伍磨砺成一支敢打硬仗、能打硬仗、善打硬仗的战斗集体。

  2003年3月,在执行“神舟”三号飞船留轨舱测控管理任务中,地面数据注入多次失败。若重新注入至少需要10分钟,而当时进行跟踪的地面测量站只有2分钟的观测时间,飞管室工程师杨震果断提出了截然不同的对策,缩短了数据注入的时间,利用最后一分钟时间完成了数据输入,留轨舱化险为夷。

  在执行“神舟” 四号飞船测控任务中,轨道室工程师刘成军在瞬息万变的数据变化中突然捕捉到一个不寻常的跳码,并很快确认这是飞船返回过程中的一个参数被调整成初始值后产生的异常情况,随即进行了正确处置,避免了一起重大事故。

  航天无小事,成败系毫发。多少撼人心魄的故事无法记述,但中心人创下的零失败纪录永远写在了中国载人航天的史册上:仅在执行“神舟”五号载人航天飞行一项任务,该中心先后进行轨道确定28次,按计划启动软件进程1400余个,发送遥控指令链87条,遥控指令437条,程控指令445条,所有指令发送、数据注入全部准确无误、一次成功。

  十度春秋交替,这个中心2000年被中央军委记二等功一次,2004年被授予“中国载人航天工程突出贡献先进集体”。十度风霜雪雨,中国航天飞控人用拼搏和奋斗铺就了一条灿烂的飞天之路,用智慧和心血在浩瀚的宇宙谱写了一曲英雄的壮歌,用光荣与梦想书写了航天事业辉煌的篇章。通往太空的道路无止境,中国飞控人探索宇宙的脚步也永无止境。


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