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访飞船“大脑”设计者 在太空怎么样不迷路?
发布时间:2017-10-22 22:08:04来源:人民网进入电子报

飞船工程组的日常工作状态(航天五院502所供图)

人民网北京10月21日电(赵竹青)“如果没有GNC,飞船只能停留在科学幻想的阶段。”什么是GNC?它为何如此重要?带着这个问题,记者走进了中国航天科技集团公司五院502所飞船工程组。

他们是我国11艘神舟飞船、1艘货运飞船GNC系统的缔造者,从成千上万的信息流和代码中“抽丝剥茧”,让太空漫步、太空之吻一步步变成现实。

从无到有,确保飞船安全回家

GNC,是制导导航与控制的英文缩写,相当于飞船的“眼睛”和“大脑”。它负责飞船飞行全过程的姿态和轨道控制以及在轨太阳帆板控制。也就是说,飞船如何运动、如何返回是由GNC决定的。

1994年,飞船工程组初成立时,只有美国和俄罗斯掌握飞船GNC技术。

“可以说,从无到有是靠人和时间堆砌起来的。”据参与了11艘神舟飞船GNC系统研制的班组产品保证经理李婷介绍,当时的计算机落后,大部分计算和数据判读需要人工完成,当时已50多岁的原班组长王南华带领十几个组员不分昼夜地做设计、计算、测试。“已经到了痴迷的程度。他们曾经半年时间吃住在单位,即便后来到了发射场,还在编写控制软件。”

终于,在继承我国返回式卫星控制系统成熟技术的基础上,该班组拿出了我国第一个具有制导、导航和控制全部功能的GNC系统,并且能够做到“一重故障正常,两重故障安全”,确保航天员的安全。

为了让航天员从太空“回家”时能够更有方向感,飞船落点更精准,在型号领导及专家的带领下,班组成员在飞船的姿态确定与返回再入控制技术上下了大功夫,先后突破了多项新技术,如在轨姿态对准技术、返回再入自适应制导技术等,保证了飞船具备多种条件下安全准确返回的能力。同时,班组还从技术总体角度突破了高可靠三级容错控制计算机、大规模嵌入式GNC 软件、具有消隐功能的新型红外地球敏感器等关键产品和技术,设计并开发了全面的地面验证系统。最终,神舟五号落地时“打靶中了十环”。

从有到强,操控飞船“万里穿针”

倘若说攻克返回控制技术是神舟飞船第一代GNC系统,那么攻克交会对接技术当属第二代GNC系统。

2011 年11 月3 日,天宫一号和神舟八号上使用的光学成像敏感器上演了首次“太空之吻”,对接精度比设计要求高近10倍,性能指标达到世界前列,标志着我国首次掌握了空间交会对接GNC技术。

那一刻,北京指挥控制中心的飞船工程组团队激动地抱在了一起。“起初心里很没底,当看到交会对接精度时,非常激动,五六年的辛苦付出值了,后续工作的信心也更足了。”班组长刘宗玉回忆起来,仍然难掩激动。

相比第一代的“刀耕火种”,现在的他们有了更加强大的工具:快速仿真技术、虚拟测试平台等现代信息技术的支持。“通过仿真设计,提出指标和要求,形成任务书,然后把任务书变成一个个产品,通过充分细致的测试、试验验证使设计‘迭代’。”班组成员郝慧如此描述他们的工作。

在神舟八号飞船GNC分系统研制中,交会对接敏感器是最关键也是最难啃的硬骨头。为了在地面验证其性能,2007年-2011年,飞船工程组专门模拟交会对接轨迹和环境,先后奔赴阿拉善等地开展试验。

据副组长冯烨回忆,阿拉善的冬天特别冷,白天他们冒着严寒测试,晚上就几个人挤在临时搭建的帐篷里互相取暖。而在挂飞试验中,他们更是只能坐在夹板上判读测试数据,颠簸得头晕恶心。“我记得,在酒泉做试验时,气温达到40摄氏度,大巴车里开着空调,可温度始终降不下来。”组员刘增波说。

正是因为这些严丝合缝的试验与测试验证,才有了神舟八号和天宫一号精准漂亮的“万里穿针”。

有趣的是,为了帮助航天员训练,他们在地面上设计了一整套模拟座舱系统,航天员在这里可以真实模拟太空手控交会对接操作。“于是,这里成了全国首个‘太空驾校’,航天员每一次过来模拟操作时都非常认真,有时还会要求多操作几遍。”班组成员李志宇说。

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