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北京航天飛行控制中心圓滿完成我國首次火星探測任務(wù)無線聯(lián)試
來源:科技日報(bào) 2020-03-17 11:38:28

火星車與著陸巡視器外觀設(shè)計(jì)構(gòu)型圖國防科工局探月與航天工程中心供圖

記者 付毅飛

近日,北京航天飛行控制中心圓滿完成了我國首次火星探測任務(wù)無線聯(lián)試。

北京航天飛行控制中心火星任務(wù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人崔曉峰向科技日報(bào)記者介紹,無線聯(lián)試相當(dāng)于模擬未來航天任務(wù)的整個過程。包括哪個階段要發(fā)送什么指令、實(shí)施什么控制,航天器要做什么動作等等,對任務(wù)全程進(jìn)行演練和測試。

“此次聯(lián)試取得成功,我們對火星探測任務(wù)心里就真正有底了。”他說。

控制中心與探測器唯一合練機(jī)會

在航天任務(wù)中,航天器發(fā)射以后,都要由地面控制中心進(jìn)行控制。無線聯(lián)試就是指航天任務(wù)實(shí)施前,地面控制中心和航天器各個系統(tǒng)之間開展的連接測試。

崔曉峰表示,無線聯(lián)試的主要要求,是要能真正有效地覆蓋任務(wù)的情況,保證任務(wù)可靠性。如果聯(lián)試的內(nèi)容有缺失,導(dǎo)致一部分重要的情形沒有驗(yàn)證到,無疑會給任務(wù)帶來很大風(fēng)險。因此在聯(lián)試準(zhǔn)備階段,對其內(nèi)容、過程、方式方法的設(shè)計(jì)極為重要。經(jīng)過多年的航天任務(wù)經(jīng)驗(yàn)積累,我國已形成一套成熟、科學(xué)、高效的體系,來開展這方面的工作籌劃。

按照我國火星探測工程總體計(jì)劃安排,我國首次火星探測任務(wù)將在今年7月實(shí)施。此次無線聯(lián)試是火星任務(wù)控制中心與火星探測器正樣的唯一一次地面聯(lián)合演練。

緊湊的工程進(jìn)度為無線聯(lián)試的開展增加了難度。崔曉峰說,由于工程研制進(jìn)度十分緊張,各系統(tǒng)工作壓力原本就大,要安排共同時間開展全系統(tǒng)演練,組織工作十分艱巨。

但此時開展無線聯(lián)試卻又勢在必行。崔曉峰說,聯(lián)試要在各個系統(tǒng)的研制工作基本完成以后進(jìn)行才有意義。如果進(jìn)行得過早,各系統(tǒng)狀態(tài)可能還沒有完全確定;如果再晚,會直接影響發(fā)射前的各項(xiàng)進(jìn)程。聯(lián)試時間,實(shí)際上是在具備聯(lián)試條件的前提下,根據(jù)工程計(jì)劃往前倒排而確定下來的。

根據(jù)北京航天飛行控制中心發(fā)布的消息,本次聯(lián)試充分驗(yàn)證了探測器與地面系統(tǒng)的接口匹配性和一致性,對各類方案、技術(shù)狀態(tài)、軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行了全面測試,達(dá)到了聯(lián)試預(yù)期效果。

崔曉峰說,在此之前,火星任務(wù)控制中心與火星探測器真器本身還沒有進(jìn)行過交互與控制。聯(lián)試整個過程走下來,打通了信息傳遞處理等環(huán)節(jié),證明了此前方案的正確性。“這樣,我們對任務(wù)的信心就完全建立起來。”他說。

聯(lián)試“出卷人”面臨難題

據(jù)報(bào)道,此次無線聯(lián)試采用真實(shí)的飛控系統(tǒng)以及真實(shí)的航天器,所有重大關(guān)鍵過程全部按照1∶1全過程演練。崔曉峰介紹說,聯(lián)試的一大原則,就是根據(jù)系統(tǒng)驗(yàn)證的需求,盡可能做到完全真實(shí)。

我國首次火星任務(wù)將一次實(shí)現(xiàn)對火星的繞、落及巡視探測,任務(wù)十分復(fù)雜。相比我國以往的航天任務(wù),火星探測任務(wù)光飛行時間就將近7個月,加上制動下降、著陸火星,任務(wù)時間周期很長,可能面臨的情況也很多。但聯(lián)試的時間有限,怎樣把整個任務(wù)覆蓋進(jìn)去,把這么多復(fù)雜的工作壓縮到很短的時間里,成為聯(lián)試“出卷人”面臨的難題。

崔曉峰說,對于此次聯(lián)試,在前期開展了大量設(shè)計(jì)工作,以選取最具典型性、代表性的內(nèi)容進(jìn)行測試,簡化了一些可以通過其他方式驗(yàn)證的內(nèi)容。同時通過時間壓縮等特殊手段,實(shí)現(xiàn)全過程覆蓋。

這張“考卷”劃了哪些重點(diǎn)?

崔曉峰說,探測器飛向火星途中需要開展多次軌道修正,接近火星時要進(jìn)行制動從而進(jìn)入火星捕獲軌道。此外,探測器在火星降落是整個任務(wù)中風(fēng)險最大的一個環(huán)節(jié),在各國火星探測任務(wù)中,大部分失敗案例都是在這個環(huán)節(jié)功虧一簣。探測器進(jìn)入火星大氣到降落的過程只有幾分鐘,在這么短時間內(nèi)需要完成減速以及各種調(diào)整。由于火星距離地球非常遙遠(yuǎn),信號傳輸延時長達(dá)幾十分鐘,這些動作無法實(shí)時控制,只能提前設(shè)定編排程序,預(yù)先把指令發(fā)給探測器,在實(shí)施降落時由探測器自主控制。

無線聯(lián)試正是要驗(yàn)證這些指令的正確性。“如果事先計(jì)算的控制量、指令的編排有錯誤,任務(wù)真正執(zhí)行的時候就會出問題。而這次聯(lián)試正是進(jìn)行全面檢驗(yàn)的過程。”崔曉峰說。

火星任務(wù)聯(lián)試比探月更復(fù)雜

由于其重要性,無線聯(lián)試是各項(xiàng)航天任務(wù)實(shí)施前必須經(jīng)歷的一項(xiàng)考核,包括我國多次開展的探月任務(wù)都是如此。不過崔曉峰表示,火星任務(wù)無線聯(lián)試比探月任務(wù)更為復(fù)雜。

他說,兩者的不同之處主要源于任務(wù)特點(diǎn)。首先月球是地球的衛(wèi)星,圍繞地球旋轉(zhuǎn)?;鹦鞘切行?,它與地球一起圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。這樣一來,地球、探測器以及目標(biāo)星體之間的相互位置關(guān)系就有很大不同。

對于月球車與火星車來說,工作環(huán)境也有很大區(qū)別。月面雖然有石塊、撞擊坑,但沒有空氣流動,環(huán)境相對靜止。火星表面不僅地形復(fù)雜,而且有各種天氣變化,可以持續(xù)數(shù)月的塵暴等惡劣氣候環(huán)境,將給探測器帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。

在距離方面,月球距離地球大約30萬公里,信號延遲幾乎可以忽略,對探測器相當(dāng)于可以實(shí)時控制。而火星距離地球最近也有大約5000萬公里,最遠(yuǎn)可達(dá)4億公里,信號延遲超過地月信號延遲千倍,發(fā)給探測器、火星車的指令都需要預(yù)先編排規(guī)劃,設(shè)定好動作以及合適的執(zhí)行時間。探測器收到指令,在適當(dāng)時間執(zhí)行之后,再擇機(jī)把數(shù)據(jù)傳回地球。每一次交互都需要一定周期。

記者了解到,后續(xù)北京航天飛行控制中心火星任務(wù)團(tuán)隊(duì)將持續(xù)完善各項(xiàng)方案預(yù)案,優(yōu)化組織流程,落實(shí)技術(shù)細(xì)節(jié),全力完成我國首次火星探測飛控任務(wù)。

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