您當(dāng)前的位置：首頁(yè) > 新聞 > 綜合資訊

怎樣“算計(jì)”九天外？

發(fā)布時(shí)間：2016-10-24 作者：來(lái)源：中國(guó)科技網(wǎng) 瀏覽：1629

19日3時(shí)31分,神舟十一號(hào)載人飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室在距地面393公里的軌道高度成功實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。

如何判斷變軌效果是否符合預(yù)期?怎樣準(zhǔn)確掌握飛船的軌跡,引導(dǎo)飛船和天宮進(jìn)行交會(huì)對(duì)接?地面科技人員如何“算計(jì)”九天外的無(wú)數(shù)“未可知”?數(shù)據(jù)處理、軌道計(jì)算、控制策略……每一項(xiàng)都不簡(jiǎn)單。

定軌:太空接力第一棒

飛控任務(wù)接力的第一棒是從“船箭分離”開(kāi)始的,快速準(zhǔn)確計(jì)算出飛船在茫茫太空中的位置，判別其是否成功入軌,這是后續(xù)一切活動(dòng)的基礎(chǔ)。

“飛船踏入太空那一刻,我們就要進(jìn)行精確定軌,知道它在哪里?！?軌道計(jì)算主任設(shè)計(jì)師張宇說(shuō)。所謂精確定軌,就是在航天器上天以后,利用陸海天基各個(gè)測(cè)控站回傳的跟蹤測(cè)量信號(hào),通過(guò)一系列算法計(jì)算出它的精密位置和速度。

北京飛控中心軌道室主任謝劍鋒告訴科技日?qǐng)?bào)記者,為提高定軌的速度和精度,飛控中心自主研發(fā)了高精度定軌軟件,“精度最高可以達(dá)到10米量級(jí),在世界范圍內(nèi)也是處于領(lǐng)先水平?！?/FONT>

通過(guò)計(jì)算軟件,工程師們?cè)O(shè)置好相關(guān)參數(shù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,輸入相關(guān)命令就可以快速計(jì)算出初軌根數(shù),再經(jīng)過(guò)軌道選優(yōu)最后定軌,整個(gè)過(guò)程看起來(lái)毫不費(fèi)力。

“事實(shí)上,每一次任務(wù)我們都要精細(xì)建模?！睆堄钫f(shuō),要達(dá)到航天任務(wù)的精度要求,在建模過(guò)程中就要細(xì)之又細(xì),不但要考慮航天器的幾何結(jié)構(gòu)和實(shí)際飛行姿態(tài),還要綜合考慮空間環(huán)境的影響因素如高層稀薄大氣阻力、地磁指數(shù)等,“影響的參數(shù)變量粗略地估計(jì)不到一百個(gè)吧?！?/FONT>

這些參數(shù)最基本的有效位都要達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后6位,在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中還要反復(fù)確認(rèn)這些參數(shù)變量。

預(yù)報(bào):一個(gè)月后的事情全知道

“就好比風(fēng)箏在天上飛,軌道崗位確定了當(dāng)前風(fēng)箏的位置,我們就能計(jì)算出,接下來(lái)的每一秒風(fēng)箏會(huì)往哪里飛”, 預(yù)報(bào)崗位主崗顏華如是描述自己的工作。

每一次任務(wù),顏華和她的同事們都要做幾十套各類軌道預(yù)報(bào)文件,通過(guò)海量的航天軌道數(shù)據(jù)處理,準(zhǔn)確預(yù)知和判斷升空后的飛船是否按照預(yù)定軌道飛行。

事實(shí)上,空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)中需要攻破的一個(gè)重要“難關(guān)”,就是對(duì)天宮二號(hào)運(yùn)行軌道進(jìn)行精確預(yù)報(bào)。早在2015年初,大家就意識(shí)到,在393公里的嶄新交會(huì)對(duì)接軌道,對(duì)接前20余天就要對(duì)天宮軌道進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)等復(fù)雜環(huán)境下,如何提高長(zhǎng)時(shí)間軌道預(yù)報(bào)精度是全新的挑戰(zhàn)。

對(duì)此,飛控中心提出對(duì)預(yù)報(bào)方法進(jìn)行改進(jìn),建立起更為精確的預(yù)報(bào)模型和參數(shù),并集中攻關(guān)。“長(zhǎng)周期的預(yù)報(bào),要求精度是84度正負(fù)8度的偏差,現(xiàn)在我們能做到只有1度偏差。”張宇自信地告訴記者,接下來(lái)的目標(biāo)是提升到0.5度的偏差,“就好像提前一個(gè)月進(jìn)行天氣預(yù)報(bào),還報(bào)得準(zhǔn)當(dāng)天是陰晴雨雪?！?/FONT>

控制:“紙上談兵”不容易

神舟十一號(hào)飛船入軌后,與天宮二號(hào)相距萬(wàn)里之遙。如何成功牽引神舟十一號(hào)飛船抵達(dá)相距52公里處天地交班點(diǎn),5次遠(yuǎn)距離導(dǎo)引控制至關(guān)重要。為了確保萬(wàn)無(wú)一失,謝劍鋒帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)反復(fù)推敲每一個(gè)控制細(xì)節(jié),認(rèn)真核對(duì)每一個(gè)控制策略,充分考慮每一個(gè)可能故障,直到確信精準(zhǔn)無(wú)誤。

在航天器上天之前,軌道控制的準(zhǔn)備工作一直是和枯燥的數(shù)字打交道。

“準(zhǔn)備的方案對(duì)不對(duì),都是紙上談?wù)劵蛘咦约和蒲蒡?yàn)算。只有航天器切實(shí)在天上飛了,我們才能知道真正的結(jié)果?！敝x劍鋒說(shuō),對(duì)他和同事們來(lái)說(shuō),最難的事情是在任務(wù)準(zhǔn)備階段,看不到實(shí)實(shí)在在的東西,開(kāi)始做的都是基于建模的推想而已。盡管如此,對(duì)航天器的控制,如什么時(shí)候工作、什么時(shí)候休息,什么時(shí)候做什么動(dòng)作,都必須詳盡列入計(jì)劃方案。