交會(huì)對(duì)接：突破三大挑戰(zhàn) 引導(dǎo)神八追逐“天宮”
新華社北京１１月２日電（記者 趙薇）神舟八號(hào)與天宮一號(hào)的交會(huì)對(duì)接任務(wù)，在將中國(guó)載人航天事業(yè)引領(lǐng)上一個(gè)新臺(tái)階的同時(shí)，也對(duì)載人航天的軌道控制提出了新要求。北京飛控中心軌道室工程師李勰２日在接受采訪時(shí)說(shuō)，與以往的航天發(fā)射相比，引導(dǎo)兩個(gè)目標(biāo)在太空中交會(huì)對(duì)接，其軌道計(jì)算與控制的難度是空前的。
神舟八號(hào)與天宮一號(hào)的“親密接觸”，給軌道控制帶來(lái)的挑戰(zhàn)之一是協(xié)同難度增大。李勰說(shuō)，過(guò)去的軌道控制任務(wù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，飛船飛行到第５圈時(shí)軌道由橢圓形變成圓形，最多只需進(jìn)行兩次軌道維持。而為了完成交會(huì)對(duì)接任務(wù)，天宮一號(hào)將進(jìn)行多次變軌，軌道控制協(xié)同難度遠(yuǎn)超從前。
這種協(xié)同，表面上看是考驗(yàn)神舟八號(hào)與天宮一號(hào)之間的協(xié)同，實(shí)際上是對(duì)控制室與其他參試單位之間協(xié)同配合的考驗(yàn)，“算出的數(shù)據(jù)要進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證、會(huì)簽，才能最終執(zhí)行”。
為保證兩個(gè)目標(biāo)和諧運(yùn)行，軌道室針對(duì)不同的目標(biāo)任務(wù)，不僅做了兩套方案，而且軌道室的工作人員在同一大廳內(nèi)也分坐兩旁：神舟八號(hào)在左，天宮一號(hào)在右，一方面可以避免誤操作，另一方面也可及時(shí)進(jìn)行信息通報(bào)和匯總。
軌道控制的另一難點(diǎn)，在于精度控制。交會(huì)對(duì)接任務(wù)中的遠(yuǎn)距離導(dǎo)引過(guò)程中，需要進(jìn)行多次控制。相對(duì)于從前整圈進(jìn)行控制的情況而言，此次控制段分割的比較短。這意味著，留給工作人員分析和解決問(wèn)題的時(shí)間很短，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就必須盡快解決。
李勰介紹說(shuō)，此次中繼衛(wèi)星的加入測(cè)控系統(tǒng)，使測(cè)控弧段的覆蓋更廣，所獲數(shù)據(jù)更多，提高了測(cè)控精度和軌道預(yù)報(bào)能力。然而軌道室工作人員比較擔(dān)心的是空天環(huán)境對(duì)任務(wù)的影響，“今年是太陽(yáng)活動(dòng)高峰年，空天環(huán)境比較復(fù)雜。天宮一號(hào)在軌時(shí)間較長(zhǎng)，軌道預(yù)報(bào)的誤差又是隨著時(shí)間平方發(fā)散的，時(shí)間越長(zhǎng)，誤差就越大?！?/p>
“我們想了一些方法，通過(guò)一些數(shù)學(xué)擬合方式，找到規(guī)律，進(jìn)行一些周期性的補(bǔ)償?！崩钲恼f(shuō)，空天監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也為軌道控制提供參考，軌道室的工作人員要力求通過(guò)“蛛絲馬跡”的線索，做好全面及時(shí)的應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備。
“天地通”三大改進(jìn)助力天地順暢溝通
新華社北京１１月２日電（記者 趙薇 王玉山）航天人親切地將“天地通信系統(tǒng)”簡(jiǎn)稱為“天地通”，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)航天員與地面之間的通話和問(wèn)候，還要完成控制中心、測(cè)控站以及航天器之間的信息傳輸，是這次交會(huì)對(duì)接的重要的環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)載人航天工程意義重大。
據(jù)北京航天飛控中心天地通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)人賈文軍介紹，雖然神舟八號(hào)與天宮一號(hào)進(jìn)行的是無(wú)人交會(huì)對(duì)接，但天地通信系統(tǒng)依舊按照有人狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。這次交會(huì)對(duì)接中，天地通信系統(tǒng)共有三方面重要改進(jìn)，天地之間的溝通從此更便捷、更順暢。
太空聽(tīng)音樂(lè) 質(zhì)量高保真
據(jù)賈文軍介紹，以往天地之間的話音與圖像傳輸，質(zhì)量都比較低。而這次中繼衛(wèi)星的加入，使得音畫(huà)質(zhì)量得到大幅度的提升，航天員甚至可以在太空中享受到來(lái)自地面的高保真品質(zhì)的音樂(lè)。
“由于音質(zhì)較差，以前只能進(jìn)行通話，不能傳送音樂(lè)?！辟Z文軍說(shuō)，中繼衛(wèi)星的應(yīng)用為天地通信提供了更寬的傳輸帶寬，再加上編碼體制的進(jìn)步，天地間話音質(zhì)量有了明顯提高。
音畫(huà)傳情，天涯咫尺。這一次，天地間的距離拉得更近了。
地面圖像首次上天 真正實(shí)現(xiàn)“面對(duì)面”
作為北京航天飛控中心天地通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，賈文軍心中一直存有一個(gè)遺憾：“神六發(fā)射時(shí)，聶海勝是在天上過(guò)的生日，他能聽(tīng)到女兒唱給自己的生日歌，卻看不到女兒的樣子?！?/p>
而未來(lái)登入太空的中國(guó)航天員，將不再重復(fù)這種遺憾。從神舟八號(hào)開(kāi)始，地面可以向太空發(fā)射圖像。
可以預(yù)見(jiàn)，神舟十號(hào)、甚至神舟九號(hào)上的航天員，將在遙遠(yuǎn)的外太空看見(jiàn)家人的笑臉。這，是天地之間真正的“面對(duì)面”。
由于神舟八號(hào)與天宮一號(hào)屬無(wú)人狀態(tài)對(duì)接，這次地面將傳輸一副實(shí)驗(yàn)圖像上行，通過(guò)監(jiān)視器觀察太空中能否順利接收來(lái)自地面的影像。
“這是從無(wú)到有的一個(gè)突破?！辟Z文軍說(shuō)，傳輸能力的增強(qiáng)對(duì)航天員的太空生活意義重大，“能看到來(lái)自地面的圖像，與家人實(shí)現(xiàn)面對(duì)面的溝通，對(duì)未來(lái)長(zhǎng)期在軌生活的航天員來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是極大的精神動(dòng)力和心理支持?！?/p>
另一個(gè)不容忽視的突破是，之前天地間只有一條信道，只能實(shí)現(xiàn)一名航天員與地面的對(duì)話。而這次信道增加為兩條，也就是說(shuō)，位于天宮與飛船上的航天員，可以在同一時(shí)間分別實(shí)現(xiàn)與地面的溝通對(duì)話。
資源調(diào)動(dòng)更靈活 自動(dòng)化程度更高
據(jù)賈文軍介紹，從前的天地通信主要靠專線方式，要專門(mén)建立一條信道。這次采用ＩＰ體制，只要在這個(gè)方向有一條信道就可實(shí)現(xiàn)天地之間的通信，通信資源的調(diào)動(dòng)更靈活了。
除此之外，這次天地通信中心的工作過(guò)程也有了很大的改變。
“自動(dòng)化的程度比以往有很大提升，”賈文軍說(shuō)，飛行器不在測(cè)控范圍之內(nèi)的時(shí)候，很多儀器設(shè)備是關(guān)機(jī)的，到了測(cè)控范圍之內(nèi)，再進(jìn)行開(kāi)機(jī)的。這是完全靠程序驅(qū)動(dòng)的。
目前，天地通信中心軟件自動(dòng)化程度很高?！盎顑焊傻帽仍瓉?lái)多，但人比原來(lái)更輕松一些?！?/p>
為了實(shí)現(xiàn)控制的輕松自如，中心人員付出了無(wú)數(shù)心血和汗水：監(jiān)控中心重新進(jìn)行了建設(shè)，所有的控制軟件都進(jìn)行了重新編制。
“自動(dòng)化程度高，對(duì)人得要求也高?！辟Z文軍說(shuō)，中心從神七之后就開(kāi)始著手準(zhǔn)備改進(jìn)工作，“經(jīng)過(guò)了上百次的研討，每一次狀態(tài)，每一個(gè)功能，都進(jìn)行了反復(fù)驗(yàn)證”。
數(shù)字語(yǔ)音指揮平臺(tái)降低“忙中出錯(cuò)”風(fēng)險(xiǎn)
新華社北京１１月２日電（記者 趙薇）北京飛控中心高級(jí)工程師陳偉玉2日接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō)，為配合交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)任務(wù)，北京飛控中心專門(mén)設(shè)計(jì)、研制了用于多任務(wù)、多目標(biāo)飛控的語(yǔ)音指揮平臺(tái)，大大降低了“忙中出錯(cuò)”的風(fēng)險(xiǎn)。
“交會(huì)對(duì)接涉及的參試單位多、分布區(qū)域廣，任務(wù)時(shí)間跨度長(zhǎng)、組織模式復(fù)雜多樣，以往的語(yǔ)音指揮系統(tǒng)已不能勝任任務(wù)的需要?！标悅ビ裾f(shuō)，這套被稱為“數(shù)字語(yǔ)音指揮平臺(tái)”的系統(tǒng)，是專門(mén)為交會(huì)對(duì)接等復(fù)雜任務(wù)設(shè)計(jì)建造的，它為指揮人員提供了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、高保真指揮平臺(tái)。
陳偉玉說(shuō)，為了構(gòu)建滿足交會(huì)對(duì)接任務(wù)需要的系統(tǒng)，她和同事們?cè)?年前就開(kāi)始了構(gòu)想和規(guī)劃。“一切設(shè)計(jì)，都要充分考慮任務(wù)指揮的方便靈活，便于指揮人員操作。凡是不符合這個(gè)原則的設(shè)計(jì)，都必須加以改進(jìn)，不能拖了交會(huì)對(duì)接的‘后腿’。”設(shè)計(jì)中最艱難的部分，是保證系統(tǒng)不僅要滿足交會(huì)對(duì)接這樣的復(fù)雜任務(wù)，還要能夠支持多種任務(wù)并行使用。
記者在位于飛控大廳后方的控制室中看到，語(yǔ)音指揮平臺(tái)監(jiān)控終端的界面色彩豐富又協(xié)調(diào)，閃動(dòng)的數(shù)據(jù)和各種指示燈，清晰地描述著指揮員正在進(jìn)行指揮調(diào)度、方向以及語(yǔ)音溝通的狀態(tài)。
陳偉玉介紹說(shuō)，原來(lái)的語(yǔ)音指揮系統(tǒng)需要幾個(gè)人在不同場(chǎng)所進(jìn)行保障，而現(xiàn)在一個(gè)人就可以輕松“搞定”。只需在界面上輕點(diǎn)“情景模式”鍵，就可以實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)指揮模式的切換，這也是老系統(tǒng)沒(méi)有的。
“新平臺(tái)不僅穩(wěn)定可靠，使用起來(lái)也簡(jiǎn)單方便，完全滿足交會(huì)對(duì)接任務(wù)的需求?！标悅ビ裾f(shuō)。
