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专家:三网协作对嫦娥二号精确控制

http://www.sina.com.cn  2010年10月02日11:23  国际在线
专家:三网协作对嫦娥二号精确控制
北京飞控中心主任朱民才(秦宪安摄)

  国际在线报道(记者王昆鹏 通讯员杨冰、姜宁):“嫦娥二号”卫星于10月1日晚间成功发射,中国探月工程也随之又向前推进了一步。在卫星成功发射之后,北京航天飞行控制中心(简称“飞控中心”)就将担负起控制卫星的任务,指挥卫星完成一系列科学实验。

  为了进一步了解飞控中心展开的工作,我们访问了飞控中心主任、“嫦娥二号”任务测控通信系统指挥部指挥长朱民才。

  “嫦娥二号”:试验验证后续探月任务的一系列关键技术

  对于很多普通人来说,可能“嫦娥二号”只是一颗探月卫星。不过在朱民才主任眼中,她的意义却没有那么简单。

  朱民才主任介绍,月球以其独特的空间位置、广阔的探索前景一直是人类地外天体探测与利用的首选目标。进入21世纪,再次成为国际航天活动的热点。2007年10月24日,嫦娥一号卫星成功发射,顺利绕月,实现了中华民族千年的奔月梦想,开启了中国人走向深空、探索宇宙奥秘的时代。

  2008年2月,中国探月工程二期立项。二期工程的主要目标是实现月面软着陆和巡视探测。嫦娥二号作为二期工程的先导星,将试验验证后续任务的一系列关键技术,有效降低二期工程的实施风险,为二期工程开好局,同时对三期工程顺利立项、对整个探月工程、对整个航天事业发展都将发挥积极的促进作用。同时,这次任务也是今年最具代表性、最具影响力的国家级重大科技实践活动。圆满完成这次任务对于进一步提升综合国力,振奋民族精神,增强民族凝聚力和自豪感具有巨大的推动作用。

  飞控中心:“万里嫦娥一线牵”

  关于飞控中心承担的任务,朱民才主任这样介绍:在嫦娥二号任务实施过程中,作为探月工程五大系统之一的测控通信系统是卫星与地面联系的唯一纽带,飞行控制工作就是通过这一纽带判断卫星的运行状态和工作状况,控制卫星完成预定飞行任务,进行各项科学试验,确保实现“精确控制、安全飞行”的目标。

  北京航天指挥控制中心是嫦娥二号任务的飞行控制中心,作为整个飞行控制工作的神经中枢,主要承担着嫦娥二号卫星在轨飞行期间的指挥调度、控制决策、数据处理、信息交换、在轨试验及长期管理任务。

  当火箭托举嫦娥二号升空,一直到卫星进入环月轨道,每一次变轨控制、每一项在轨试验、每一条上行指令、每一组注入数据、每一个关键操作,都是由北京中心组织指挥、准确实施的。遍布国内外的10多个测控站,分布在太平洋上的3艘测量船,它们的所有数据,都在这里汇聚;所有的信息,都从这里传输。

  “嫦娥二号”飞控工作:精度要求高、控制难度大、试验项目新

  朱民才主任介绍:与嫦娥一号任务相比,嫦娥二号任务影响飞控中心的技术状态变化多达68项。这次飞控特点精度要求高、控制难度大、试验项目新。

  一、精度要求高--进行虹湾地区1米分辨率成像试验

  本次任务环月轨道高度仅距月面100公里,试验轨道距月面只有15公里,必须制定高精度的轨控策略才能确保飞控的安全。这对轨道确定精度提出了更高的要求。要获取分辨率高达10米的月面成像数据和进行虹湾地区1米分辨率成像试验,对轨道预报精度提出了更高的要求。在地月转移轨道段安排紫外拍图/导航试验及数据下传工作。实现最优停旋和精确定向天线指向控制,对姿态确定确定精度提出了更高的要求。

  二、控制难度大--中途修正1.7米每秒的控制误差就面临撞月的风险

  本次任务取消了调相轨道控制,使用长征三号丙火箭直接将卫星送入地月转移轨道,火箭的入轨偏差全部由中途修正来消除。由于瞄准的近月点距月面仅100公里,最后一次中途修正1.7米每秒的控制误差就面临撞月的风险。第一次近月制动时,若卫星发动机未能正常开机或推力不足,卫星将无法进入环月轨道。在实施第三次近月制动控制时,由于卫星距离月面高度更低,如果发动机异常,推迟一分钟关机将导致卫星撞月;环月段进行试验轨道降轨控制时,由于目标轨道近月点高度仅有15公里,并且轨控过程卫星处于月球背面的非可视弧段,实现高精度变轨必须制定完善的轨控策略,准备好充分的应急预案,确保控制安全,有效降低风险。(地月运动的规律是月球运转的自转周期,和它绕地球的公转周期一样都是近一个月的时间,所以在地球上始终只能看到月球的一面。嫦娥二号卫星要成像的备选着陆区在月球的正面,卫星必须在月球无法朝着地球的那一面变轨。)

  三、试验项目新--每一次偏差出现时,飞控中心都要及时修正

  嫦娥二号作为探月二期的先导星,承担着后续任务许多新的技术方案、试验项目的在轨验证工作。主要新增试验项目包括:运载发射卫星直接进入地月转移轨道方案验证,虹湾预选着陆区近月点15公里降轨控制方案验证及高分辨成像验证,进行X频段深空测控体制、强纠错信道编码和深空高速数据传输的在轨试验验证,进行五次紫外拍图/导航试验。这些新增的试验项目,对中心飞控工作安排的准确性和合理性提出了更高的要求。

  每一次调整都需要消耗卫星上的燃料,燃料提前消耗越多,对后续任务完成的影响越大。而在每一次偏差出现时,飞控中心都要及时修正,修正的越早,同样也会越省燃料,也会越安全。

  “三网”协作,实现对嫦娥二号的精确控制

  在38万公里之遥的浩淼太空,怎样才能精准控制嫦娥二号卫星。中国目前是否已经拥有了高精度的控制能力呢?

  朱民才主任介绍说:要把卫星控制精确,离不开各个环节、各个部门的协作。至少要有三个方面。一个方面就是我们所有的测量数据是要非常精确;第二就是我们的控制计算要非常准确;第三就是要卫星准确的执行地面的每一个指令,这三个因素缺一不可。这次嫦娥二号卫星,我们有三套测控系统提供测控支持。一套是我们国家的S波段的航天测控网;一套是我们国家天文台的天文观测网;再一套就是我们和国际合作的欧控局的测控网。通过三网协同工作、数据综合利用,我相信我们有这个能力实现精确控制。

  我们中心还要为嫦娥二号月面观测和科学实验进行长期在轨测控与管理。精确控制卫星在其工作轨道上并处于良好的工作状态,所以,我们后续的工作仍然任重而道远。

  今后几年里,我们还要在技术上突破空间交会对接及控制策略,突破空间站管理技术,对登月、空间旅行以及深空探测进行研究。同时要继续保持轨道、控制、预报、返回控制等方面的领先水平。

  飞控人:责任重大 倍感光荣

  从事多年的航天事业,朱民才主任觉得,航天事业是一项极具挑战性的工作,机遇与挑战并存,责任重大,压力也很大。尤其这次嫦娥任务由北京中心牵头成立飞行控制通信指挥部,牵头组成飞行控制组。飞控决策、轨道控制、数据分析处理、应急控制以及卫星环月飞行后长期管理等重要工作,都将在这里进行。北京中心是名副其实的组织指挥中心、数据处理中心、信息交换中心、长期管理中心。

  从卫星发射到完成任务,卫星运行状态的计算、判断和调整等所有飞控工作包括所有的数据都在这里汇集,所有的指令都从这里发出,对卫星的判断与监视都在这里进行,应急决策也在这里产生。而每一条指令、每一组数据、每一项决策,都事关嫦娥二号卫星的每一根神经,关系到任务的成败,整个工程的成败。

  所以,对我们北京中心来说,这次任务挑战很大,但我们航天人是从不惧怕挑战的,会把压力化作动力,用精准的控制证明自己的能力。同时,也感谢航天事业为我们提供了施展才华的舞台,能为这项事业去奋斗、付出,我倍感光荣。

  人物小传:

  朱民才,男,1961年5月出生,陕西合阳人,博士学位。现任北京航天飞行控制中心主任、研究员,著名航天飞行测控专家。系嫦娥二号任务测控通信指挥部指挥长。曾参加过返回式卫星、太阳同步卫星、地球同步卫星、历次“神舟”号飞船、嫦娥一号等几十次测控任务。在飞行控制、轨道确定等方面取得了十多项科技成果,入选“新世纪百千万人才工程”。著有《载人飞船轨道确定和返回控制》一书,享受政府特殊津贴。

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