图:北京航天飞行控制中心副主任李剑接受本站记者专访(张媞媞 摄)
【中国载人航天工程网 9月29日】截至2014年9月29日,执行我国空间交会对接任务的天宫一号目标飞行器安全稳定运行三周年,超期服役一年整。空间站工程测控通信系统副总设计师、北京航天飞行控制中心副主任李剑在接受本站记者专访时表示,飞控中心三年来精心组织天宫一号运行管理,突破多项长管技术,改进创新组织管理模式,为我国未来空间站控制运营奠定了坚实的基础。
7万多条指令确保天宫一号三年正常运行
记者:有人说北京飞控中心是天宫一号的“大管家”,您认同这个说法吗?这三年来,天宫一号日常管理的工作量究竟有多大?
李剑:北京飞控中心作为天宫一号长期管理飞控总体责任单位,应该说对天宫一号的日常管理是周而复始、繁忙琐碎的。举个例子来说,天宫一号日常监视的遥测参数多达7000多个,这些参数实时反映天宫一号的状态,是为天宫“保驾护航”的重要依据,也是长期管理飞控人员每天最为关注的内容。
这三年来,中心组织天地基测控网对天宫一号进行了6000余小时跟踪测量,共发送遥控指令7万多条,注入数据2万多帧,实施飞行模式转换控制近60次,轨道维持控制20多次。另外,还要进行对接机构、仪表与照明分系统等设备的定期检测,下传天宫一号搭载的有效载荷科学实验数据,并进行舱内空气环境的检测等。工作量还是比较大的,从这个角度讲,飞控中心应该算是“大管家”吧!
精细化飞控管理确保三次交会对接任务完成
记者:数字可能是冰冷的,但这背后我想一定还有技术和管理的难度,回顾天宫一号完成的三次交会对接任务,飞控工作的主要难度有哪些方面呢?遇到过比较紧急的情况吗?
李剑:应该说,天宫一号系统设计复杂、参与测控资源多,管理工作还是很繁重的。天宫一号支持对接和航天员短期驻留等功能的系统是我国之前的长期在轨航天器比如卫星所没有的。此外,它还要在两年的设计寿命内执行三次交会对接任务,并需要在交会对接模式和长期管理模式之间反复转换,管理难度可想而知。
每次交会对接任务前,天宫一号的“健康”状况都是关系任务能否顺利进行的关键因素。尤其是在神舟十号交会对接任务,天宫一号已经是接近两年的设计寿命末期,飞控任务实施具有一定风险。为了确保万无一失,我们实施了精细化管理,对天宫进行精心呵护。天宫一号作为目标飞行器是三次交会对接任务的前提和基础,交会对接任务准备段,目标飞行器的调相控制,是成功实施飞船与天宫一号交会对接的关键,这方面,飞控中心突破了强约束条件下轨道相位精确等一系列关键技术。另一个方面是确保航天员在轨飞行期间组合体的运行安全,这也是我们飞控工作的一个重点。
要说紧急情况,肯定是有的。我们一直说,载人航天事业是高风险的事业,而天宫一号作为我国自主研发的第一个短期有人照料的空间站,状态复杂、发生应急情况也在所难免。比如,在神舟十号任务前不到两个月,在对天宫一号做舱内泄压时,发现泄压停止指令发出后没有执行,舱内压力仍在不断下降。如不能及时解决问题,天宫一号将无法建立载人环境,直接影响交会对接。我们立即启动应急预案,遥控、遥测、轨道各岗位协同配合,总体人员也准备好了应急补气方案。最后,通过应急处置,终于将泄压阀关闭,并将天宫一号舱内压力调整至正常状态。这才有我们后续的神舟十号任务的顺利完成。
多项技术突破助力天宫一号长管
记者:我们经常看到的是成功地完成任务,但我想这背后需要实实在在技术实力的支撑。在神舟十号任务之后,天宫一号转入长期管理阶段,还进行了大量拓展试验,长期管理中飞控工作的重点有哪些?是什么样的技术能力在支撑这个阶段任务的完成?
李剑:在经历了神八、神九和神十任务后,飞控中心已经全面突破并掌握了交会对接飞控关键技术。经过三年的不断总结、摸索和攻关,中心飞控能力和水平得到了不断提升。比如,通过对轨控、姿控等扰动力建模,利用精密轨道对空间环境参数估算,应用短弧段定轨及多源数据融合技术,将空间环境扰动情况下的轨道确定及中长期预报精度进一步提高。另外,我们自主研发的故障自动诊断系统,能够实现对天宫几千个参数的快速自动巡检,对两百多个故障模式的快速自动判断,以及对天宫一号健康状态和变化趋势进行有效诊断。
在天宫一号进入拓展应用阶段后,在工程总体的设计下,我们联合相关系统开展了多项拓展试验,包括航天器备份设备切换使用、快速对接相关试验以及大气反演测算等。这些试验有一些是对航天器长寿命运行的考验,也有对定轨和控制策略模式的检验。试验的目的是为了更好地满足后续空间站的飞控需求。总之,我们充分利用天宫一号拓展应用期的宝贵试验条件,瞄准空间站飞行控制模式,做了很好的尝试,也取得了很好的成效。
创新管理模式为空间站运营奠定基础
记者:除了技术的支撑之外,您前面也提到过管理的难度,在这方面,飞控工作又积累了怎样的经验呢?
李剑:对天宫一号这样复杂的航天器,需要精密的操控、健全的组织管理模式以及应急机制。在多年的载人航天任务飞控工作中,与空间应用系统、航天员系统和空间实验室系统共同协调,在建立长期载人飞行运管机制方面做很多尝试,并且应用在了天宫一号的管理上。
针对天宫一号长管任务特点,我们从改进和创新工程各系统协同工作模式、轨道保持策略、中继测控资源支持模式、载人交会对接系统定期巡检制度入手,建立“以周为单位制定测站计划,以日为单位开展跟踪测控,具体工作细化到圈次,落实到个人”的原则,在3年中形成了满足任务要求的、具有北京航天飞控中心特色的目标飞行器长期管理工作模式。针对用户需求多、系统接口复杂的特点,中心充分发挥飞控实施主体作用,严格落实岗位责任、飞控协商、状态评估等工作制度,形成了组织严密、反应迅速、协调顺畅的飞控组织模式。
我认为最主要的收获还在于,经过天宫一号三年的运行管理,我们培养了一批能力突出、技术过硬的长管技术骨干。这些人才力量将是空间实验室和空间站任务飞控工作的支撑力量。在后续任务中,我们也要继承对天宫一号的成功管理经验,推进我国载人航天事业向空间站阶段顺利迈进。
(张智慧 张媞媞 姜宁 祁登峰)