北京飛控中心護(hù)航中國(guó)“火神”圓夢(mèng)火星

文／付毅飛 操秀英

5月15日7時(shí)18分，“天問一號(hào)”攜帶“祝融號(hào)”火星車于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)實(shí)現(xiàn)軟著陸，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)著陸火星取得圓滿成功。

在這個(gè)帶有美好寓意的“火神”身后，還有一群日夜守護(hù)它的人，他們心懷夢(mèng)想、腳踏實(shí)地，用智慧和汗水探索著未知的星球，他們就是北京航天飛行控制中心的火星探測(cè)任務(wù)型號(hào)團(tuán)隊(duì)。

創(chuàng)新求變握緊航天器生命線

對(duì)負(fù)責(zé)控制探測(cè)器奔赴火星的北京航天飛行控制中心來說，火星探測(cè)任務(wù)比載人航天和月球探測(cè)任務(wù)的實(shí)施周期更長(zhǎng)、測(cè)控模式更復(fù)雜、軌道控制要求更高，而且新的航天器平臺(tái)和探測(cè)領(lǐng)域，也帶來了更多新的變化。眾多變量意味著眾多關(guān)鍵技術(shù)亟待攻克。

提到“天問一號(hào)”，作為型號(hào)團(tuán)隊(duì)的總師，崔曉峰感觸良多。“從今年2月下旬以來，探測(cè)器開始環(huán)繞火星飛行，并對(duì)預(yù)定著陸區(qū)進(jìn)行廣泛調(diào)查，生成了大量的數(shù)據(jù)和圖像。”看似簡(jiǎn)單的環(huán)火飛行，實(shí)際上卻是飛控任務(wù)繁重的階段，團(tuán)隊(duì)需要為所有探測(cè)制定周密的計(jì)劃，科學(xué)安排每一次拍照和數(shù)據(jù)接收，還要提供精密的軌道控制，以確保探測(cè)器按照預(yù)期獲得探測(cè)成果。

其中，軌道又是此次任務(wù)里的關(guān)鍵變量。只要航天器在天上，總離不開軌道的牽引，面對(duì)飛向火星的軌道，負(fù)責(zé)軌道方面任務(wù)的型號(hào)團(tuán)隊(duì)副總師張宇明白，這一次又要蹚出一條新路。

不同于我國(guó)此前實(shí)施的月球探測(cè)任務(wù)和載人航天任務(wù)，火星距離地球最遠(yuǎn)達(dá)到4億公里，遙遠(yuǎn)的距離和復(fù)雜多變的宇宙空間環(huán)境都給軌道帶來了巨大挑戰(zhàn)。

“首次探測(cè)意味著許多工作需要從頭開始，創(chuàng)新必不可少，這既是挑戰(zhàn)，又是樂趣所在。”干了16年軌道計(jì)算與分析工作的張宇說，“豐富的任務(wù)經(jīng)驗(yàn)積累為‘天問一號(hào)’提供了助力，在此基礎(chǔ)上我們繼續(xù)攻克在測(cè)軌數(shù)據(jù)處理及修正方法、時(shí)空參考框架、軌道動(dòng)力學(xué)模型等方面的新問題，一直尋求創(chuàng)新，才能讓我們的航天器無論飛多遠(yuǎn)，生命線都能夠緊握在我們手里。”

在“天問一號(hào)”任務(wù)中，除了看不見的軌道線，還有一個(gè)首次出現(xiàn)的利器——第三代飛控軟件。新一代飛控軟件是北京中心第一次基于國(guó)產(chǎn)化軟硬件平臺(tái)研制的飛控軟件平臺(tái)，是一次性能和架構(gòu)設(shè)計(jì)的巨大飛躍，極大提升了飛控任務(wù)支持能力。

性能更優(yōu)、功能更強(qiáng)也意味著系統(tǒng)更復(fù)雜、研發(fā)難度更大。

事非經(jīng)歷不知其難，首次火星探測(cè)任務(wù)軟件支持團(tuán)隊(duì)主任設(shè)計(jì)師王磊對(duì)這句話有切身體會(huì)。“從開始論證到正式研發(fā)，為了實(shí)現(xiàn)飛控軟件更新?lián)Q代，團(tuán)隊(duì)的每個(gè)人都在和時(shí)間賽跑。最后攻堅(jiān)階段，大家從早上八點(diǎn)工作到深夜，周一到周六都是如此，周日休息半天，下午還會(huì)集中開會(huì)梳理問題，但這都不是強(qiáng)制的，而是大家默認(rèn)形成的規(guī)律。”

精益求精護(hù)“天問一號(hào)”周全

發(fā)射成功到著陸火星前，“天問一號(hào)”在軌飛行近300天，一直保持著健康的工作狀態(tài)，姿態(tài)穩(wěn)定、能源平衡、工況良好，這與飛控團(tuán)隊(duì)的細(xì)心呵護(hù)緊密相關(guān)。

2018年初，北京航天飛行控制中心在緊密組織我國(guó)“嫦娥四號(hào)”任務(wù)準(zhǔn)備工作的同時(shí)，成立了首次火星探測(cè)任務(wù)型號(hào)團(tuán)隊(duì)。型號(hào)團(tuán)隊(duì)總體主任設(shè)計(jì)師金文馬至今仍記得，當(dāng)時(shí)自己剛剛執(zhí)行完嫦娥四號(hào)任務(wù)，就轉(zhuǎn)身來到火星探測(cè)任務(wù)中來。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不分晝夜設(shè)計(jì)方案，眼看著環(huán)繞器的控制方案在自己手里越來越厚，最后僅故障協(xié)同程序就多達(dá)上千頁(yè)。

在方案匯報(bào)的時(shí)候，中心領(lǐng)導(dǎo)都不禁贊嘆：“金文馬的飛控總體方案，是我見過最厚的一本！”

今年2月，團(tuán)隊(duì)針對(duì)“天問一號(hào)”探測(cè)器實(shí)施了3次近火制動(dòng)控制和1次遠(yuǎn)火點(diǎn)平面機(jī)動(dòng)控制，順利控制探測(cè)器進(jìn)入環(huán)火停泊軌道。第一次近火制動(dòng)正值春節(jié)前夕，隨后的幾次控制也緊密相連，整個(gè)2月團(tuán)隊(duì)都在24小時(shí)值班守護(hù)。

節(jié)假日的持續(xù)在線確保了“天問一號(hào)”成功環(huán)火，在接下來的環(huán)火探測(cè)過程中，飛控團(tuán)隊(duì)精益求精，追求超越。他們?cè)诟呔溶壍来_定的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整維持策略，成功將軌道維持?jǐn)?shù)量縮短至原來的一半，大大節(jié)省了燃料。不僅如此，他們還優(yōu)化了高分成像姿控參數(shù)模型，實(shí)現(xiàn)了著陸區(qū)成像指向精度跨量級(jí)的提升。

所有的付出和努力都是為了探測(cè)器現(xiàn)在安全，未來更安全。不僅是當(dāng)前的軌道控制穩(wěn)，還要按計(jì)劃實(shí)施高分成像，為的是能夠更好地看清未來著陸區(qū)的地形地貌，根據(jù)地形數(shù)據(jù)優(yōu)化選取著陸點(diǎn)。在二十多次成像拍照以外，飛控團(tuán)隊(duì)還要定期對(duì)探測(cè)器進(jìn)行自檢。對(duì)要飛行10個(gè)月才能著陸火星的“天問一號(hào)”來說，漫長(zhǎng)的旅程中復(fù)雜的宇宙環(huán)境都可能對(duì)它造成影響，定期確認(rèn)探測(cè)器本身的安全尤為必要。

負(fù)責(zé)長(zhǎng)期管理的型號(hào)團(tuán)隊(duì)副總師王航介紹說：“火星探測(cè)任務(wù)的周期長(zhǎng)，可以說是航天任務(wù)里的‘馬拉松選手’。從去年7月發(fā)射以來，中心一邊管理‘天問一號(hào)’，一邊還圓滿完成了‘嫦娥五號(hào)’任務(wù)，前不久空間站核心艙也成功飛天，雖然任務(wù)多且密集，但只要航天器在我們手里一分鐘，我們都會(huì)認(rèn)真守護(hù)它60秒。”

“三個(gè)第一”確保“祝融號(hào)”遙操作順利

“祝融號(hào)”火星車是“天問一號(hào)”任務(wù)中備受矚目的角色，對(duì)駕駛它的遙操作團(tuán)隊(duì)來說，也是核心關(guān)鍵。型號(hào)團(tuán)隊(duì)副總師于天一向記者介紹說：“我們團(tuán)隊(duì)成員都是經(jīng)過嚴(yán)格崗前訓(xùn)練和考核的，其中不乏具有豐富遙操作經(jīng)驗(yàn)的‘老司機(jī)’，許多人都有過操控玉兔一號(hào)、玉兔二號(hào)月球車的經(jīng)歷。”即便如此，面對(duì)火星車這樣全新的航天器，大家仍需攻克眾多難關(guān)。

不同于月球車著陸月面時(shí)緊張的月面初始化等實(shí)時(shí)操作，火星車因?yàn)榈鼗鸪h(yuǎn)距離的時(shí)延，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，需要提前上注指令，自主實(shí)施火面初始化工作。對(duì)遙操作團(tuán)隊(duì)來說，必須充分分析確認(rèn)復(fù)雜多變的火面環(huán)境，及時(shí)調(diào)整指令策略，并保證在緊急情況下能夠在短暫的測(cè)控弧段內(nèi)，及時(shí)處置故障，準(zhǔn)確地將指令注入。

第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，第一時(shí)間報(bào)告問題，第一時(shí)間處置問題，“三個(gè)第一”不是一句口號(hào)，而是“90后”總體計(jì)劃崗位主管設(shè)計(jì)師潤(rùn)冬的工作現(xiàn)狀。

“我們總體有‘三小強(qiáng)’：潤(rùn)冬、盧皓、程艷合，發(fā)射前最緊張的任務(wù)準(zhǔn)備階段，每天的睡眠時(shí)間不足4小時(shí)，看著心疼，工作安排上想多給他們點(diǎn)休息時(shí)間，但是沒用，工作搶著干、趕也趕不走，作風(fēng)過硬、能力過硬、素質(zhì)過硬”型號(hào)團(tuán)隊(duì)副總師王成介紹說。

正是有這樣一群和他們一樣，想辦法比提困難多，干事業(yè)比想自己多，勇?lián)?dāng)比推諉多的航天人在，“天問一號(hào)”才能在火星探測(cè)的競(jìng)爭(zhēng)中彎道超車，中國(guó)“火神”才能夠安穩(wěn)著陸，讓成功的喜訊才能夠一次次傳遍華夏大地。