北京飛控中心護航中國“火神”圓夢火星

文／付毅飛 操秀英

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

在這個帶有美好寓意的“火神”身后，還有一群日夜守護它的人，他們心懷夢想、腳踏實地，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任務(wù)型號團隊。

創(chuàng)新求變握緊航天器生命線

對負責(zé)控制探測器奔赴火星的北京航天飛行控制中心來說，火星探測任務(wù)比載人航天和月球探測任務(wù)的實施周期更長、測控模式更復(fù)雜、軌道控制要求更高，而且新的航天器平臺和探測領(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”，作為型號團隊的總師，崔曉峰感觸良多?！皬慕衲?月下旬以來，探測器開始環(huán)繞火星飛行，并對預(yù)定著陸區(qū)進行廣泛調(diào)查，生成了大量的數(shù)據(jù)和圖像?！笨此坪唵蔚沫h(huán)火飛行，實際上卻是飛控任務(wù)繁重的階段，團隊需要為所有探測制定周密的計劃，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，以確保探測器按照預(yù)期獲得探測成果。

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，面對飛向火星的軌道，負責(zé)軌道方面任務(wù)的型號團隊副總師張宇明白，這一次又要蹚出一條新路。

不同于我國此前實施的月球探測任務(wù)和載人航天任務(wù)，火星距離地球最遠達到4億公里，遙遠的距離和復(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年軌道計算與分析工作的張宇說，“豐富的任務(wù)經(jīng)驗積累為‘天問一號’提供了助力，在此基礎(chǔ)上我們繼續(xù)攻克在測軌數(shù)據(jù)處理及修正方法、時空參考框架、軌道動力學(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，生命線都能夠緊握在我們手里?！?/p>

在“天問一號”任務(wù)中，除了看不見的軌道線，還有一個首次出現(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產(chǎn)化軟硬件平臺研制的飛控軟件平臺，是一次性能和架構(gòu)設(shè)計的巨大飛躍，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，首次火星探測任務(wù)軟件支持團隊主任設(shè)計師王磊對這句話有切身體會?！皬拈_始論證到正式研發(fā)，為了實現(xiàn)飛控軟件更新?lián)Q代，團隊的每個人都在和時間賽跑。最后攻堅階段，大家從早上八點工作到深夜，周一到周六都是如此，周日休息半天，下午還會集中開會梳理問題，但這都不是強制的，而是大家默認形成的規(guī)律?！?/p>

精益求精護“天問一號”周全

發(fā)射成功到著陸火星前，“天問一號”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，這與飛控團隊的細心呵護緊密相關(guān)。

2018年初，北京航天飛行控制中心在緊密組織我國“嫦娥四號”任務(wù)準(zhǔn)備工作的同時，成立了首次火星探測任務(wù)型號團隊。型號團隊總體主任設(shè)計師金文馬至今仍記得，當(dāng)時自己剛剛執(zhí)行完嫦娥四號任務(wù)，就轉(zhuǎn)身來到火星探測任務(wù)中來。他帶領(lǐng)團隊不分晝夜設(shè)計方案，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)同程序就多達上千頁。

在方案匯報的時候，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，團隊針對“天問一號”探測器實施了3次近火制動控制和1次遠火點平面機動控制，順利控制探測器進入環(huán)火停泊軌道。第一次近火制動正值春節(jié)前夕，隨后的幾次控制也緊密相連，整個2月團隊都在24小時值班守護。

節(jié)假日的持續(xù)在線確保了“天問一號”成功環(huán)火，在接下來的環(huán)火探測過程中，飛控團隊精益求精，追求超越。他們在高精度軌道確定的基礎(chǔ)上，進一步優(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，實現(xiàn)了著陸區(qū)成像指向精度跨量級的提升。

所有的付出和努力都是為了探測器現(xiàn)在安全，未來更安全。不僅是當(dāng)前的軌道控制穩(wěn)，還要按計劃實施高分成像，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。在二十多次成像拍照以外，飛控團隊還要定期對探測器進行自檢。對要飛行10個月才能著陸火星的“天問一號”來說，漫長的旅程中復(fù)雜的宇宙環(huán)境都可能對它造成影響，定期確認探測器本身的安全尤為必要。

負責(zé)長期管理的型號團隊副總師王航介紹說：“火星探測任務(wù)的周期長，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’，一邊還圓滿完成了‘嫦娥五號’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，我們都會認真守護它60秒?！?/p>

“三個第一”確?！白Ｈ谔枴边b操作順利

“祝融號”火星車是“天問一號”任務(wù)中備受矚目的角色，對駕駛它的遙操作團隊來說，也是核心關(guān)鍵。型號團隊副總師于天一向記者介紹說：“我們團隊成員都是經(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)驗的‘老司機’，許多人都有過操控玉兔一號、玉兔二號月球車的經(jīng)歷?！奔幢闳绱?，面對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緊張的月面初始化等實時操作，火星車因為地火超遠距離的時延，無法進行實時操控，需要提前上注指令，自主實施火面初始化工作。對遙操作團隊來說，必須充分分析確認復(fù)雜多變的火面環(huán)境，及時調(diào)整指令策略，并保證在緊急情況下能夠在短暫的測控弧段內(nèi)，及時處置故障，準(zhǔn)確地將指令注入。

第一時間發(fā)現(xiàn)問題，第一時間報告問題，第一時間處置問題，“三個第一”不是一句口號，而是“90后”總體計劃崗位主管設(shè)計師潤冬的工作現(xiàn)狀。

“我們總體有‘三小強’：潤冬、盧皓、程艷合，發(fā)射前最緊張的任務(wù)準(zhǔn)備階段，每天的睡眠時間不足4小時，看著心疼，工作安排上想多給他們點休息時間，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”型號團隊副總師王成介紹說。

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”才能在火星探測的競爭中彎道超車，中國“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。