“天宮一號(hào)(微博)”與“神舟九號(hào)”成功交會(huì)對(duì)接。
中國(guó)青年報(bào)4月14日消息，“長(zhǎng)征七號(hào)”首飛、“天宮二號(hào)”發(fā)射、“神舟十一號(hào)”載人飛行——對(duì)于北京航天飛行控制中心來(lái)說(shuō)，2016年將是重大任務(wù)接踵而至的一年。
這個(gè)位于北京西北郊外、在普通人眼中頗為神秘的機(jī)構(gòu)剛剛度過(guò)了自己20歲生日。它被稱(chēng)為中國(guó)載人航天和深空探測(cè)工程的“神經(jīng)中樞”。在歷次重大任務(wù)中，所有的指令都從這里發(fā)出，所有的數(shù)據(jù)都在這里匯聚，所有的信息都從這里傳輸。一旦出現(xiàn)意外，應(yīng)急決策也將在這里產(chǎn)生。
“如果把飛行器比作風(fēng)箏，那么牽風(fēng)箏線(xiàn)的就是北京飛控中心。當(dāng)然，這根線(xiàn)是看不見(jiàn)的?！敝袊?guó)科學(xué)院院士葉培建介紹，通過(guò)遍布在全球的測(cè)控網(wǎng)，北京飛控中心可以監(jiān)測(cè)飛行器的狀態(tài)、遙控飛行器完成各種動(dòng)作、實(shí)現(xiàn)地面與航天員的音視頻通話(huà)、圖像回傳等。
“沒(méi)有北京飛控中心優(yōu)質(zhì)的工作，我們是完不成這么多航天任務(wù)的?！比~培建說(shuō)。
“神舟一號(hào)”發(fā)射時(shí)，他們的平均年齡只有28歲。
科技人員在執(zhí)行“神舟八號(hào)”任務(wù)。
任務(wù)準(zhǔn)備期間，46歲的北京飛控中心副主任李劍再次走進(jìn)指揮大廳。在這座頻繁出現(xiàn)在聚光燈下的現(xiàn)代化大廳里，李劍聽(tīng)過(guò)任務(wù)成功時(shí)同事們爆發(fā)的掌聲與歡呼聲，也見(jiàn)過(guò)老一代科學(xué)家喜極而泣的場(chǎng)景。
20年里，北京飛控中心多次成為世界矚目的焦點(diǎn)。從1999年執(zhí)行“神舟一號(hào)”首飛任務(wù)至今，中心圓滿(mǎn)完成歷次載人航天、交會(huì)對(duì)接和4次探月工程任務(wù)，保持著100%的飛控成功率。
李劍見(jiàn)證了北京飛控中心從無(wú)到有的發(fā)展歷程。1992年，我國(guó)決定實(shí)施載人航天工程，代號(hào)“921工程”，并定下“爭(zhēng)八保九”的目標(biāo)，即爭(zhēng)取在1998年、保證在1999年進(jìn)行第一次飛船發(fā)射試驗(yàn)。
1996年3月，北京飛控中心成立，第一座飛控大樓在西北郊外的稻田中破土動(dòng)工。李劍就在這時(shí)從西安衛(wèi)星測(cè)控中心調(diào)到北京飛控中心工作。他記得，飛控大樓孤零零地立在田野中，“找了好幾個(gè)出租車(chē)司機(jī)都不知道有這個(gè)地方”。
當(dāng)時(shí)有人用“三無(wú)”來(lái)形容這個(gè)剛剛成立的中心：沒(méi)有一臺(tái)現(xiàn)成用于載人航天任務(wù)的設(shè)備，沒(méi)有一行可用的軟件代碼，沒(méi)有一本完整的飛控方案。
更緊迫的是缺人，幾個(gè)老同志帶著剛剛招聘的大學(xué)生，“大學(xué)生腦子里跟白紙一樣，連飛船長(zhǎng)什么樣都不知道”。
“中國(guó)載人航天工程會(huì)不會(huì)因?yàn)楸本╋w控中心建設(shè)的速度而推遲？”一些領(lǐng)導(dǎo)表達(dá)了自己的擔(dān)憂(yōu)。
“雖然時(shí)間非常緊迫，但是有效利用時(shí)間的主動(dòng)權(quán)卻掌握在我們手里?！边@批飛行控制領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)者每天活躍在飛控大廳、食堂、宿舍的三點(diǎn)一線(xiàn)之間，眼睛熬得通紅。
“有時(shí)兩三個(gè)月出去一次，忽然發(fā)現(xiàn)航天城外面多出來(lái)一條馬路，一問(wèn)才知道是新修的。人家肯定會(huì)想，你是火星來(lái)的吧？”李劍笑著自嘲。
神舟一號(hào)飛船發(fā)射資料圖
回過(guò)頭看，李劍認(rèn)為“神舟一號(hào)”發(fā)射前的3年對(duì)他們來(lái)說(shuō)是一段艱難的歲月。人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，軟件平臺(tái)尚未建成，大量工程問(wèn)題暴露出來(lái)，一切都在摸索之中。
就是在這樣的背景下，這群開(kāi)拓者穿梭在大大小小的儀器設(shè)備和蛛絲般粗細(xì)不同的電纜、插頭間，在一次次試驗(yàn)摸索中，研制出了第一代一體化航天飛行控制平臺(tái)，用以支持多種型號(hào)任務(wù)、多目標(biāo)測(cè)控的需要。
漸漸地，這群青澀的大學(xué)生發(fā)現(xiàn)，與那些在其他單位當(dāng)學(xué)生、做助手的同學(xué)相比，他們大多處在各自領(lǐng)域的關(guān)鍵崗位上，甚至具備了獨(dú)當(dāng)一面的能力。
1999年11月20日，“神舟一號(hào)”飛船如期在酒泉航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空。指揮大廳里的人們沉浸在一片興奮之中，他們互相擁抱，用力鼓掌，有人還激動(dòng)得流下眼淚。此時(shí)，這個(gè)創(chuàng)造了奇跡的年輕群體平均年齡只有28歲。
北京飛控中心副主任李劍。
時(shí)刻準(zhǔn)備化解危機(jī)的日子有一種迷人的魅力
2003年10月15日~16日，中國(guó)首位進(jìn)入太空的航天員楊利偉巡天遨游21小時(shí)23分鐘，并在飛船上向世界發(fā)出來(lái)自中國(guó)的問(wèn)候。
這是永載中華民族史冊(cè)的一刻，中國(guó)進(jìn)入了載人航天的新時(shí)代。從技術(shù)角度講，由于人的出現(xiàn)，相關(guān)的保障更加復(fù)雜，對(duì)飛控提出了更高的要求。
“人命關(guān)天，必須確保萬(wàn)無(wú)一失。”李劍說(shuō)。
但要做到萬(wàn)無(wú)一失太難了。他記得，“神舟一號(hào)”任務(wù)時(shí)，飛船飛行至第14圈時(shí)突然不執(zhí)行中心發(fā)出的數(shù)據(jù)注入指令，如不采取措施，飛船將因失控而偏離軌道，導(dǎo)致返回失敗。
飛控大廳內(nèi)，氣氛陡然凝固。領(lǐng)導(dǎo)命令李劍迅速拿出應(yīng)急方案。在短短30分鐘內(nèi)，他與同事仔細(xì)分析測(cè)控計(jì)劃，快速完成故障分析、測(cè)控條件計(jì)算，提出故障排除方案，并進(jìn)行數(shù)據(jù)注入仿真驗(yàn)證。最終，他在距離飛船返回程序啟動(dòng)僅剩最后10秒時(shí)成功注入應(yīng)急數(shù)據(jù)，使飛船按預(yù)定計(jì)劃順利返回著陸場(chǎng)。
“載人航天系統(tǒng)太龐大、太復(fù)雜，每次飛船起飛以后，就像有塊石頭壓在胸口，直到任務(wù)成功完成才能落地?！崩顒τ浀茫皫状屋d人航天任務(wù)時(shí)，每當(dāng)火箭發(fā)射升空時(shí)，他的腿總會(huì)不由自主地發(fā)抖。
事實(shí)上，北京飛控中心的科技人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)有一種高度的警惕，他們花在風(fēng)險(xiǎn)控制上的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于正常任務(wù)的時(shí)間。
從“神舟二號(hào)”任務(wù)開(kāi)始，李劍帶領(lǐng)課題組開(kāi)發(fā)出“天地一體化飛行控制驗(yàn)證體制”，在任務(wù)實(shí)施前，用正樣飛船、航天員乘組、實(shí)戰(zhàn)軟件和真實(shí)測(cè)控設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證，相當(dāng)于把天上的任務(wù)先在地上演練一遍，把問(wèn)題發(fā)現(xiàn)、解決在地面。
據(jù)李劍介紹，總體室的小伙子高宇輝用近8年時(shí)間研發(fā)了一套航天器故障診斷系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確預(yù)判航天器故障和參數(shù)越界現(xiàn)象。“只要一告警，值班人員就會(huì)注意故障，大大提高了人對(duì)航天器的掌控能力”。
在李劍看來(lái)，“神舟一號(hào)”任務(wù)和交會(huì)對(duì)接任務(wù)是北京飛控中心技術(shù)攻關(guān)最艱難的兩個(gè)時(shí)期，也是風(fēng)險(xiǎn)管控壓力最大的兩個(gè)時(shí)期。
2012年6月18日，“神舟九號(hào)”與“天宮一號(hào)”進(jìn)行首次載人交會(huì)對(duì)接。載人交會(huì)對(duì)接飛控事件密集，每一次控制都會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)。
控制是根據(jù)協(xié)同工作程序?qū)嵤┑?。傳統(tǒng)的協(xié)同程序編排依靠人工，“加在一起上百萬(wàn)字”，不僅容易出錯(cuò)，而且無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
博士邢錦江主動(dòng)請(qǐng)纓，在短時(shí)間內(nèi)突破多個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出一套載人航天飛行任務(wù)飛控協(xié)同自動(dòng)規(guī)劃與輔助決策支持系統(tǒng)，“原來(lái)需要幾個(gè)人干幾個(gè)月的工作，現(xiàn)在只要把配置文件做好，按一個(gè)鍵，十幾分鐘就能出結(jié)果”，大大提高了效率和應(yīng)急處理能力。
按照規(guī)劃，交會(huì)對(duì)接整個(gè)過(guò)程用時(shí)7分鐘。李劍記得，為了這7分鐘不出任何差錯(cuò)，總體室做了50多個(gè)監(jiān)視頁(yè)面，60多種預(yù)案。這些預(yù)案就像一張隨時(shí)待命的大網(wǎng)，時(shí)刻準(zhǔn)備著化解每一個(gè)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)。
在大家的努力下，“神舟九號(hào)”與“天宮一號(hào)”順利完成我國(guó)首次載人交會(huì)對(duì)接。
李劍時(shí)常想起一次對(duì)話(huà)?！吧裰廴?hào)”任務(wù)時(shí)，他問(wèn)老領(lǐng)導(dǎo)席政：“這次任務(wù)，您覺(jué)得會(huì)出問(wèn)題嗎？”
“你就把心放在肚子里吧，沒(méi)有問(wèn)題！就是出了問(wèn)題，我們也能解決！”時(shí)任中心主任的席政非常堅(jiān)定地告訴他。
這種信心源自哪里？李劍曾無(wú)數(shù)次問(wèn)自己?！拔蚁胧墙⒃谖覀儗?duì)任務(wù)精益求精的準(zhǔn)備和多次任務(wù)的磨練基礎(chǔ)之上，是建立在我們對(duì)飛控任務(wù)越來(lái)越熟悉、對(duì)飛控技術(shù)越來(lái)越有自信之上的。”
后來(lái)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，他會(huì)認(rèn)真閱讀每一行應(yīng)急預(yù)案，但不再惴惴不安，而是變得像老領(lǐng)導(dǎo)一樣氣定神閑。“飛控不僅是技術(shù)，更是藝術(shù)?！笔畮啄陙?lái)，席政的這句話(huà)一直銘記在他的心中。
對(duì)于隨時(shí)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，他也有自己的理解：“每一次應(yīng)急處置都是一次挑戰(zhàn)，時(shí)刻準(zhǔn)備迎接挑戰(zhàn)，享受化解危機(jī)帶來(lái)的成就感，這也正是這個(gè)事業(yè)的魅力所在。”
探月工程的實(shí)施，關(guān)鍵在飛控，成敗在飛控。
在實(shí)施載人航天工程的同時(shí)，中國(guó)人還將目光投向距離地球38萬(wàn)公里的月球。
2004年春，我國(guó)繞月探測(cè)工程正式立項(xiàng)，決定實(shí)施“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略。探月工程的測(cè)控任務(wù)落到了成立8年的北京飛控中心肩上。
在此之前，中國(guó)發(fā)射的飛行器最遠(yuǎn)測(cè)控距離約8萬(wàn)公里。而嫦娥衛(wèi)星要飛過(guò)38萬(wàn)公里的遙遠(yuǎn)旅程。有領(lǐng)導(dǎo)提出，探月工程的實(shí)施，“關(guān)鍵在飛控，成敗在飛控”。
迄今為止，北京飛控中心已經(jīng)圓滿(mǎn)完成4次嫦娥衛(wèi)星測(cè)控任務(wù)。談起這4次任務(wù)，53歲的北京飛控中心總工程師周建亮如數(shù)家珍。
“‘嫦娥一號(hào)’衛(wèi)星是中國(guó)第一次飛出地球的航天器，意義怎么講也不過(guò)分?！敝芙琳f(shuō)。當(dāng)“嫦娥一號(hào)”傳回首幅月球全圖時(shí)，他覺(jué)得“神話(huà)般的事情在我們手里做成了”，非常有成就感。
對(duì)于“嫦娥二號(hào)”，周建亮也有一個(gè)頗為形象的評(píng)價(jià)：“它是一顆出身卑微、夢(mèng)想遠(yuǎn)大的衛(wèi)星。”
“嫦娥二號(hào)”原本是“嫦娥一號(hào)”的備份星，“輩分很低，是坐冷板凳的”。由于“嫦娥一號(hào)”任務(wù)圓滿(mǎn)完成，它又升級(jí)為探月二期工程的先導(dǎo)星，核心使命是對(duì)“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星落月點(diǎn)——虹灣區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)勘察。
為此，“嫦娥二號(hào)”從200公里的繞月軌道降到近月點(diǎn)距月面僅15公里的成像軌道，最終獲得接近1米分辨率的影像。這次軌道控制的成功，標(biāo)志著我國(guó)航天測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了新的突破。
由于軌道控制精確，完成任務(wù)后的“嫦娥二號(hào)”仍剩余充足的燃料。在中心的控制下，“嫦娥二號(hào)”從月球軌道向距離地球150萬(wàn)公里的拉格朗日L2點(diǎn)進(jìn)發(fā)。在那里，它拍攝到每隔4年接近地球一次的“圖塔蒂斯”小行星，創(chuàng)造了人類(lèi)第一次近距離“觀察”“圖塔蒂斯”的紀(jì)錄。
隨后，超期服役的“嫦娥二號(hào)”燃料耗盡，飛向太空深處。從一顆地球衛(wèi)星（月球）的衛(wèi)星，連升兩級(jí)成為繞太陽(yáng)飛行的小行星，周建亮說(shuō)，正是北京飛控中心強(qiáng)大的航天測(cè)控能力支持著“嫦娥二號(hào)”，“不斷追逐夢(mèng)想”。
2013年12月，“嫦娥三號(hào)”實(shí)施中國(guó)首次月球軟著陸任務(wù)，再一次展現(xiàn)了北京飛控中心強(qiáng)大的關(guān)鍵技術(shù)突破能力。
“巡視器的控制跟在軌飛行的航天器控制完全不一樣?！敝芙两榻B，巡視器在月面上行走，時(shí)刻跟月面地形打交道，而且月面地形不可能事先了解，因此必須采用一種全新的控制手段——遙操作控制。
他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了艱難的攻關(guān)。“巡視器的遙操作控制從來(lái)沒(méi)有過(guò)先例，地形重建、視覺(jué)定位、路徑規(guī)劃等大批新的技術(shù)需要突破。”周建亮解釋說(shuō)，“這是非常密集的關(guān)鍵技術(shù)突破，難度非常大?！?/p>
最終，按照遙操作控制方法，巡視器采用視覺(jué)導(dǎo)航，安裝3對(duì)相機(jī)拍照。中心根據(jù)回傳照片合成三維月面地形，并在地形圖上規(guī)劃巡視器的行駛路徑，繞避開(kāi)各種障礙。
此外，他們還創(chuàng)新了多體制深空干涉測(cè)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)，為探月軌道確定和月面高精度定位提供了新手段；實(shí)現(xiàn)了三維可視化技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，把38萬(wàn)公里外的月球拉近到眼前，讓決策人員直觀地觀看“玉兔”在月球上的一舉一動(dòng)；突破了月面探測(cè)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)月面就位探測(cè)的高精度控制，探測(cè)距離精確控制至毫米級(jí)。
最終，“嫦娥三號(hào)”成功實(shí)施我國(guó)首次月球軟著陸任務(wù)，著陸器和巡視器實(shí)現(xiàn)了精彩互拍，并傳回從月球上拍攝的第一張五星紅旗的照片?！版隙鹑?hào)”任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功，中國(guó)成為繼美國(guó)、蘇聯(lián)之后第三個(gè)實(shí)現(xiàn)月面軟著陸的國(guó)家。
好消息一個(gè)接一個(gè)傳來(lái)。2014年，再入返回飛行器試驗(yàn)圓滿(mǎn)成功，探月工程三期拉開(kāi)序幕。周建亮覺(jué)得，中國(guó)人距離探月工程成功越來(lái)越近。
目前，周建亮正在進(jìn)行“嫦娥五號(hào)”采樣返回任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，“剛剛啟動(dòng)了軟件的開(kāi)發(fā)和飛控實(shí)施方案初稿的編寫(xiě)，考驗(yàn)還在后頭”。
再過(guò)二十年 大家再相會(huì)
在平均年齡為34歲的一線(xiàn)科技人員群體為新的任務(wù)奮戰(zhàn)時(shí)，一群頭發(fā)花白的老人再次來(lái)到北京飛控中心。他們都是曾在這里工作過(guò)的退休干部，前來(lái)參加中心成立20周年座談會(huì)。
“跟別人聊工作經(jīng)歷，我首先必然會(huì)說(shuō)我是北京飛控中心的人，這是全社會(huì)為之向往的地方?！痹行睦项I(lǐng)導(dǎo)張聲遠(yuǎn)說(shuō)。這次參加座談會(huì)，他特意穿上了“神舟一號(hào)”任務(wù)前發(fā)的工作服，引來(lái)一片羨慕的眼光。
這些老人會(huì)前參觀了北京飛控中心20年發(fā)展圖片展，不時(shí)指著一張圖片高聲交談。“好多我們?cè)瓉?lái)想做不敢做的事，你們都做成了！”原中心一室高級(jí)工程師王方德不禁感慨。
20年里，北京飛控中心圓滿(mǎn)完成10次神舟飛船、“天宮一號(hào)”任務(wù)，完成“嫦娥一號(hào)”“嫦娥二號(hào)”繞月探測(cè)、“嫦娥三號(hào)”落月巡視探測(cè)以及再入返回飛行試驗(yàn)任務(wù)。
此外，他們還突破了一系列載人航天和探月工程飛控關(guān)鍵技術(shù)，形成了一套規(guī)范高效的飛控任務(wù)組織實(shí)施模式，構(gòu)建了性能先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定的飛控任務(wù)系統(tǒng)。20年里，科技人員先后自主研發(fā)了兩代飛控軟件系統(tǒng)，目前正在研制自主可控的第三代軟件系統(tǒng)。
更寶貴的是，一批高水平的青年科技骨干已經(jīng)在飛控領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。博士后科研工作站、航天飛行動(dòng)力學(xué)技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也先后在北京飛控中心落地。
航天員劉旺不久前與國(guó)外同行和科研人員交流，發(fā)現(xiàn)對(duì)方不僅稱(chēng)贊中國(guó)的技術(shù)，更稱(chēng)贊中國(guó)載人航天科研人員的年齡結(jié)構(gòu)。李劍也曾聽(tīng)說(shuō)，俄羅斯一位退休的航天中心主任來(lái)參觀后感慨：“你們有這么多黑頭發(fā)的航天測(cè)控人，真讓人羨慕！”
對(duì)于未來(lái)，這群充滿(mǎn)干勁兒的科研人員也已經(jīng)做好了準(zhǔn)備。據(jù)北京飛控中心主任陳宏敏介紹，中心過(guò)去的20年先后經(jīng)歷了艱苦奮斗、創(chuàng)建起步，完善功能、實(shí)現(xiàn)突破，開(kāi)辟領(lǐng)域、使命拓展，攻堅(jiān)克難、全面提高4個(gè)發(fā)展階段。現(xiàn)在中心已進(jìn)入了面向未來(lái)、創(chuàng)新發(fā)展的嶄新階段。從2016年~2022年，中心將連續(xù)執(zhí)行載人航天工程、探月工程以及自主火星
