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北京航天飞行控制中心突破多项飞控关键技术 为我国首次“太空加油”助力护航 姜宁、祁登峰 2017年4月27日晚，北京航天飞行控制中心传来消息，在我国天舟一号任务中，首次推进剂在轨补加试验取得圆满成功。 从空中加油到“太空加油”，变化的不仅是名称，更是我国航天技术的高度。据了解，此次“太空加油”，北京航天飞行控制中心创新突破多项关键飞控技术，为任务圆满成功提供了强大助力。
让太空加油剧情随心所动 “太空加油”与空中加油相比，高出的不仅是离地面的高度，更是技术复杂程度。特别是在补加流程的设计上，面临着多目标、多约束、多变化的系统级难题。 据北京航天飞行控制中心飞控总体主任设计师姜萍介绍，在太空实施推进剂补加，涉及到氧化剂、燃烧剂两种推进剂，对设计的安全性、可靠性提出了更严、更高的要求；需要考虑两个目标、上百个阀门、几百米长的管路，以及几十种关键设备、软件的控制。此外，整个补加流程包含几十个步骤，每个步骤又包含很多分支及指令，这些步骤和指令层层约束、环环相扣，不能有一处出现错误。 为了解决这些难题，姜萍和团队的同事们经过两年多的集智攻关，创造性地设计出推进剂补加协同控制流程，解决了推进剂补加过程的强耦合问题，实现了补加过程的快速重新规划，以及正常和应急情况下各类分支的快速重构和切换。 为了更形象地说明这一创新的作用，姜萍给笔者举了个形象的例子。 管路吹除是“太空加油”的一个关键环节，既要根据实际吹除时间动态调整控制序列，又要严格按照时序对两目标进行协同控制。任务中，阀门打开顺序、时间间隔都必须分毫不差，否则就可能造成推进剂冻结，堵塞补加管路。 “我们的推进剂补加流程动态规划技术很好地解决了这个问题，确保了补加过程顺利进行。”姜萍说。 让太空加油场景近在眼前 从4月23日到4月27日，连续持续5天的“太空加油”期间，有一幅画面从未离开飞控大厅正中央的大屏幕，那就是“推进剂补加态势图”。 这幅态势图出自中心年轻的软件工程师王兆岩和张楠兮之手，是基于推进剂补加原理和管路原理而设计，采用模型构建和逻辑抽象方法，实现了推进剂补加过程的动态可视化展示，对补加过程实时状态判断和辅助决策具有重要意义。 透过飞控大厅的大屏幕，笔者能够清晰地看到，在蔚蓝色的星空背景里，天舟一号和天宫二号实施推进剂补加的一条条管路、一个个阀门、一个个参数以及用不同颜色标识的贮箱等图形元素都清晰可见。这些图形元素在实时任务数据的驱动下，会动态的展示补加进程。譬如，哪个阀门关闭、哪根管路有燃料、哪个贮箱正在补加、哪根管路正在吹除等等动作细节都会直观清晰地展现在科技人员的眼前。 飞控大厅的科技人员告诉笔者，展示图的可贵之处不仅在于它能够将“太空加油”从九天之上搬到人们眼前，也在它提取了补加过程的关键参数信息，在实时数据驱动下，可以使科技人员从繁琐复杂的参数信息中解脱出来，可以让决策指挥层能够更加直观地掌握任务状态，从而更加准确高效地进行判断决策。 让太空加油安全尽在掌握 能够想象一张白纸上密密麻麻写满数字的感觉吗？有密集恐惧症的人肯定会觉得头皮发麻、头脑犯晕。 如果把这次“太空加油”涉及到的参数信息放到白纸上，四五百个参数恐怕可以写满好多张。这些参数信息就是“太空加油”是否正常进行的生理指标，在任务中动态变化，需要地面科技人员实时监视判断。然而，完成一次“太空加油”需要5天时间。这么长的时间，这么多的参数，仅仅依靠人工监视是不可能完成的。 为了提升效率，北京航天飞行控制中心汪广洪博士进行了针对性研究。在深入研究上百套推进剂补加故障预案基础上，他设计了推进剂补加故障诊断系统，实现了推进剂补加故障的快速诊断、快速定位、快速解决。 打开故障诊断系统，汪博士指着屏幕上一条条信息告诉笔者，推进剂补加过程全部可能出现的故障信息都在里面，只要补加过程中，哪一条参数不正常，这里实时就会有告警的声音，并且能够立刻定位故障源，迅速启动应急预案，大大提升了故障诊断和应急抢险的效率。 太空抢险是分秒必争的生死战，有时候几秒钟的提前量就能避免一场灾难。汪博士的工作无疑为这次“太空加油”再次增加了一道保险锁。 欢迎大家评论 小编会精心挑选留言 ▋作者：姜宁、祁登峰 |
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