新華社北京１１月２日電（記者孫彥新、趙薇）“交會對接任務(wù)，重點在飛控，難點在飛控，關(guān)鍵環(huán)節(jié)也在飛控?！北本╋w控中心主任陳宏敏２日接受新華社記者專訪時表示，任務(wù)期間將進行多次軌道控制，超過了從神舟一號到神舟七號飛行任務(wù)軌道控制次數(shù)的總和，“對于北京飛控中心而言，壓力可想而知”。
陳宏敏說，他們正以“決策無失誤、指控?zé)o遺漏、操作無差錯、過程無閃失”的嚴(yán)謹(jǐn)追求，保障交會對接任務(wù)順利完成。
飛控是交會對接任務(wù)的關(guān)鍵
記者：交會對接任務(wù)對飛控中心的工作提出了哪些要求？有哪些考驗？
陳宏敏：對于整個交會對接任務(wù)而言，飛控是關(guān)鍵。交會對接任務(wù)也對我們的飛控工作提出了新的要求：要做到?jīng)Q策無失誤、指控?zé)o遺漏、操作無差錯、過程無閃失。千軍萬馬不一定能完成任務(wù)，要導(dǎo)致任務(wù)失敗一個人就夠了。
交會對接任務(wù)對中心的工作主要有這樣幾方面的考驗：
首先是交會對接任務(wù)技術(shù)的復(fù)雜性考驗飛控工作。這是我國首次執(zhí)行交會對接任務(wù)，經(jīng)驗為零。與國外花十幾年甚至二三十年的時間實現(xiàn)從載人飛行到交會對接技術(shù)的跨越相比，我國只用幾年時間就已完成，因而每一次技術(shù)任務(wù)與之前相比，技術(shù)狀態(tài)變化都很顯著，技術(shù)難度大跨度大，從單目標(biāo)控制到多目標(biāo)控制，情況也比較復(fù)雜。
對于主要承擔(dān)飛行控制任務(wù)的北京飛控中心來說，必須要對飛行器的狀態(tài)非常了解，扎實掌握飛行器的控制原理機理，把技術(shù)摸清吃透，以達到交會對接任務(wù)對飛控的高要求。
二是交會對接任務(wù)的高風(fēng)險考驗飛控工作。載人航天本身就是高風(fēng)險的工程，航天器更是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。載人航天工程有八大系統(tǒng)，而各大系統(tǒng)又各有十幾個分系統(tǒng)。作為地面飛控中心，要把所有系統(tǒng)的原理都掌握清楚，把控制的機理搞明白，本身就是很不簡單的事。除了掌握正常狀態(tài)的情況外，還要做到有備無患，考慮到所有的異常狀態(tài)，弄清各種故障模式，以保障任務(wù)的成功。針對各種故障模式制訂應(yīng)急對策，故障預(yù)案有數(shù)百個之多，對飛控中心來講，也是很大的困難和挑戰(zhàn)。因而飛控中心平時的演練，有相當(dāng)一部分是對故障處置情況進行演練。
飛控中心不僅要控制飛行器，還要對測控網(wǎng)進行管理和使用。如何合理配置利用測控資源，如何調(diào)度好各個測控站、測控基地，保證其在飛控中心的調(diào)度下有機地系統(tǒng)地開展飛控工作，對飛控中心來說也是一種挑戰(zhàn)。
三是交會對接任務(wù)對軌道控制的精度要求很高。飛控中心承擔(dān)的任務(wù)是飛行控制，主要是對飛行器的軌道進行計算測量并進行預(yù)報。對于交會對接任務(wù)來說，軌道控制的間隔很短，控制的次數(shù)也很頻繁，兩個目標(biāo)飛行器要成功進行交會對接，對軌道控制的精度要非常高。比如，兩個飛行器要能夠在同一個軌道面，同一個軌道高度，在同一時刻交會對接，橫向偏差不能超過１８厘米，這就如同在太空中拿根線穿針眼一樣，對控制精度要求非常高，飛控的難度很大。
三大舉措應(yīng)對交會對接挑戰(zhàn)
記者：我們采取了怎樣的措施應(yīng)對這些挑戰(zhàn)？
陳宏敏：為應(yīng)對壓力與挑戰(zhàn)，我們采取了相應(yīng)的措施。
首先是建設(shè)試驗任務(wù)的質(zhì)量體系。通過ＱＳ９０００系列對中心工程質(zhì)量的認(rèn)證，來提高中心工作的質(zhì)量和效率，以及工作的規(guī)范化水平。特別是對軟件開發(fā)以及硬件維護管理的總體方案的論證，都要通過質(zhì)量體系來管理和控制。
第二是改造飛行控制的系統(tǒng)。隨著第二代飛控系統(tǒng)投入使用，飛控中心的自動化程度有很大提高，以前單靠人工來處理監(jiān)視，現(xiàn)在則改用電腦；以前注入數(shù)據(jù)、檢查、驗證、會簽等都靠人工，現(xiàn)在已采用自動比對傳遞。
我們還開發(fā)了飛控的可視化系統(tǒng)，把飛行器在軌運行狀態(tài)下的飛行事件，通過直觀形象的三維動畫形式展現(xiàn)出來，給指揮人員專家提供一個直觀的生動的判斷的平臺，通過實時的遙測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時驅(qū)動。
中心還采用了監(jiān)控管理系統(tǒng)，對整個計算機系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)視，搜集、管理計算機的運行狀況，一旦出現(xiàn)異常情況，能夠及時報警。
創(chuàng)新手段的采用，提高了系統(tǒng)的自動化水平，一定程度上解決了中心人手不足的問題。
第三是以前瞻的目光進行人才培養(yǎng)。為了完成后續(xù)的任務(wù)，如火星探測等，中心成立了國家重點科研實驗室——飛行動力學(xué)實驗室，設(shè)立了博士后工作站，這就為后續(xù)的任務(wù)工程在攻克關(guān)鍵技術(shù)上做了儲備，通過關(guān)鍵技術(shù)與工程實踐相結(jié)合的方式培養(yǎng)人才。
中心也加大了與國際交流的力度，送一些人到國內(nèi)國外的科研院所，帶著課題攻讀學(xué)位；到其他飛控中心學(xué)習(xí)參觀，參加國際飛控的協(xié)作。這為飛控中心未來的發(fā)展進行了技術(shù)上的儲備。
第二代軟件系統(tǒng)助力飛控工作
記者：第二代軟件系統(tǒng)將應(yīng)用在交會對接任務(wù)中？
陳宏敏：是的。北京飛控中心是個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，共有１００余個關(guān)鍵崗位，其軟件系統(tǒng)也非常復(fù)雜，內(nèi)容涵蓋通信、數(shù)據(jù)處理、軌道控制、發(fā)令、定軌、姿態(tài)控制等多個方面。
從１９９６年第一次執(zhí)行飛控任務(wù)開始到２０１０年，近１５年的時間內(nèi)我們使用的都是第一代軟件。
隨著中國航天事業(yè)的發(fā)展，飛控中心不僅承擔(dān)載人航天任務(wù)，還承擔(dān)深空探測任務(wù)，因此需要可實現(xiàn)多任務(wù)的軟件系統(tǒng)。
從２０１０年開始，我們啟用了第二代軟件系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可同時執(zhí)行多種任務(wù)，軟件在靈活性、模塊化程度、可擴展性等方面都有了很大的提高。當(dāng)然，對于這個軟件系統(tǒng)的維護和修改，也具有很大難度。
打造國際一流航天飛控中心
記者：北京飛控中心追求什么樣的發(fā)展目標(biāo)？
陳宏敏：首先，一個處于高科技高風(fēng)險領(lǐng)域的單位，各項準(zhǔn)備工作必須是規(guī)范的，要靠質(zhì)量去保證。其次，必須有很好的激勵機制，中心人員既能完成任務(wù)，又能科研創(chuàng)新。三是必須在飛控、軌道動力學(xué)、任務(wù)分析等專業(yè)崗位上配備過硬技術(shù)的人才，中心的工作要靠這些中堅力量去支撐。四是要提高管理水平，實現(xiàn)對人員、工程、質(zhì)量等方面的合理管理，營造良好的氛圍，讓大家在和諧的環(huán)境中工作。
記者：建設(shè)一個世界一流的飛控中心，最核心的問題是什么？
陳宏敏：我們要致力于軟實力的提升。飛控中心要想做到在世界上有名望，在國內(nèi)同行中受人尊重，一方面要提升飛控中心的技術(shù)水平，使其具有交流的價值。另一個重要的方面是，要有幾個在這個領(lǐng)域中具有知名度的專業(yè)人士。
北京飛控中心升級“大腦”保障交會對接任務(wù)
新華社北京１１月2日電（記者趙薇）“測控計算機系統(tǒng)如同人的大腦，交會對接任務(wù)中所有信息的交換、處理和存儲，都要依靠測控計算機系統(tǒng)來實現(xiàn)?！北本╋w控中心指控室副主任王霞說，測控計算機系統(tǒng)在交會對接任務(wù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，出現(xiàn)任何一點小問題，都會影響到整個任務(wù)成敗。
王霞說：“交會對接任務(wù)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，兩顆天鏈衛(wèi)星的加入，使得計算機平臺需處理的數(shù)據(jù)流量大幅度增加，以前專門使用的前端通信設(shè)備已無法滿足測控任務(wù)需求，因此在天宮/神八交會對接任務(wù)中首次全網(wǎng)大范圍使用了IP技術(shù)?！?/p>
王霞介紹說，為適應(yīng)IP技術(shù)使用及任務(wù)過程中數(shù)據(jù)量增加的新情況，我們對原有設(shè)備進行了改造，采用了很多國產(chǎn)化設(shè)備，這是一個新的嘗試。
“交會對接任務(wù)周期較長，又是多任務(wù)模式，這也對地面的監(jiān)控能力提出了更高要求。”王霞說，以前采取定點定人的形式，如今已經(jīng)無法靠人來實現(xiàn)系統(tǒng)的管理和維護了。交會對接任務(wù)要實現(xiàn)對天宮一號和神舟八號共同的遙測遙控，必須要靠自動化管理，并在系統(tǒng)平臺出現(xiàn)問題通過聲光電進行報警，及時加以解決。
王霞說，天宮/神八交會對接任務(wù)中還新加了對外聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，這對系統(tǒng)管理提出了更高的要求?！耙诘谝粫r間發(fā)現(xiàn)流量的變化，察覺到非法數(shù)據(jù)的攻擊，并且發(fā)現(xiàn)是誰做的，再提出處理方式。針對對外聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的使用，我們自主研發(fā)了隔離系統(tǒng)。目前，這一隔離系統(tǒng)在任務(wù)當(dāng)中表現(xiàn)比較平穩(wěn)，有效保障了網(wǎng)絡(luò)安全。”
總設(shè)計師詳解：交會對接如何逾越五道關(guān)
新華社北京１１月２日電（記者孫彥新、徐壯志、趙薇、李清華）中國首次太空交會對接將于２日深夜至３日凌晨進行?！敖粫?，是我國航天史上迄今為止難度最大的一次飛行任務(wù)?！弊鳛檩d人航天工程空間實驗室系統(tǒng)和飛船系統(tǒng)兩個系統(tǒng)的總設(shè)計師，張柏楠因博學(xué)和技術(shù)扎實被業(yè)內(nèi)人士稱為“難不倒”。然而這一次，“難”成了他接受采訪口中出現(xiàn)頻率最高的詞匯。
如何交會，如何對接，難在哪里？張柏楠將實現(xiàn)交會對接的過程總結(jié)歸納為“過５關(guān)”，并向新華社記者獨家披露了如何逾越這五道關(guān)。
瞄準(zhǔn)：點火誤差不能超過正負１秒
以往飛船發(fā)射，可以在幾十分鐘甚至更寬的時間范圍內(nèi)擇機點火，而神舟八號飛船發(fā)射點火的時間被限定在正負１秒的范圍內(nèi)。
這，就是瞄準(zhǔn)的需要。
要想瞄準(zhǔn)天宮一號，就得將交會對接的那一刻倒推回來，推算出神八起飛時間。１１月１日零時，北京飛控中心和飛船試驗隊根據(jù)天宮一號最新位置數(shù)據(jù)，計算出神舟八號發(fā)射窗口和發(fā)射諸元。
發(fā)射進入倒計時１５分鐘時，綜合考量發(fā)射場風(fēng)速、火箭起飛重量等數(shù)據(jù)的最終點火時間才被確定為５時５８分０７秒。而根據(jù)天文臺授時的自動點火系統(tǒng)，準(zhǔn)時點火。
點火瞄準(zhǔn)時多差１秒，飛船到了太空和天宮的軌道面都會產(chǎn)生極大的偏差，輕則消耗大量燃料降低航天器壽命，重則會因燃料不足而無法交會。前蘇聯(lián)１９６８年的一次交會對接，兩飛行器相距僅３０厘米時卻因燃料耗盡而失敗。
除了點火時間的精確，火箭飛行精度也要提高。這次使用的長征二號Ｆ遙八火箭，飛行時通過實時迭代計算不斷修正軌道，創(chuàng)造了我國火箭入軌精度的最新紀(jì)錄。
嚴(yán)苛的發(fā)射窗口和史上飛得最準(zhǔn)的火箭，讓神舟八號打出了“十環(huán)”的好成績。“瞄準(zhǔn)關(guān)”一舉突破。
追趕：兩天內(nèi)追上１００００公里
按生活常識去思考，無論距離多遠，加大速度去追就是，又有何難？
然而，在太空中，飛船追趕天宮的最優(yōu)方案不是加速，卻是不斷減速。
在軌道周期不變的情況下，軌道越低的飛行器飛得越快。正是基于這樣的物理原理，飛船追趕天宮的過程，是一個邊抬高軌道邊降速的過程。
飛船入軌時，與天宮一號還有約１萬公里的距離，而且兩者軌道不在同一平面。沒有嚴(yán)密的計算和超一流的飛控能力，想在短短不到兩天的時間內(nèi)追上，實非易事。
為此，北京飛控中心早在２００７年７月開始研發(fā)中國新一代飛控軟件，經(jīng)數(shù)年攻關(guān)于２００９年初啟用。這套擁有１１００多萬行代碼的龐大軟件系統(tǒng)，能夠?qū)Ω叨汝P(guān)聯(lián)的多目標(biāo)同時測控，確保飛船和天宮一號協(xié)調(diào)配合進行每個動作。
與此同時，原本測控覆蓋率僅有１７％的航天測控網(wǎng)，也因中繼衛(wèi)星和測控站點的增加，將覆蓋率提升到７０％。
從神舟七號任務(wù)到神舟八號任務(wù)僅僅３年時間，這樣大的技術(shù)跨度，在其他國家十分罕見。
通過高水平的軌道設(shè)計和嚴(yán)密計算，５次軌道控制后，飛船速度降至與天宮一致時，飛船也恰好到達天宮一號的同一高度和同一位置：１００００公里的距離只剩咫尺。
防撞：歷史上這個過程出事最多
美俄兩國早期的交會對接試驗，碰撞事故層出不窮。就在１９９７年，俄羅斯的進步飛船與和平號空間站還發(fā)生相撞，使空間站上的光譜號艙被迫關(guān)閉。這次碰撞也加速了和平號空間站失效墜毀的進程。
神舟八號飛船在地面引導(dǎo)控制下到達天宮一號后下方５２公里處時，二者建立直接通信聯(lián)系，飛船通過自身的計算機自主控制繼續(xù)接近天宮一號，并在５公里、４００米、１４０米、３０米設(shè)立４個停泊點。
當(dāng)飛船歷盡艱難來到天宮一號身邊，相撞成了最危險的事。飛船專門加裝了４臺反推發(fā)動機，提供緊急避讓的動力。
二者相距５公里以外時，如果關(guān)掉發(fā)動機，則會在各自的軌道上越離越遠，不會相撞。一旦進入５公里之內(nèi)，即使沒有任何動力，也可能越飛越近導(dǎo)致相撞。
因此，４個停泊點就像是輪船入港前的錨地，是重要的可靠性備份措施。走一段停一停，一方面可以避免走得太快發(fā)生碰撞，另一方面也提供了處置突發(fā)故障的時間。如果在某一階段出了問題，可以退回上一停泊點，解決后繼續(xù)按原計劃前進。
精控：好比在浩瀚太空穿針眼
在３４３公里高的軌道上高速飛行的航天器，即使用航天測控站的光學(xué)望遠鏡，也難以清晰觀測到。
要想在這樣的條件下，讓兩個８噸多的龐然大物，對接機構(gòu)挨近時誤差在１８厘米之內(nèi)，姿態(tài)小于５度，這就好比是讓飛船拿著一根線，穿到天宮一號拿的那根繡花針的針眼里去。
這，需要神舟八號飛船上諸多新增設(shè)備的緊密配合。
飛船新增的８臺平移發(fā)動機遍布周身，提供了各個角度和方向的推力。而最關(guān)鍵的，首先是航天器相對位置測量數(shù)據(jù)的精確，發(fā)動機提供的推力才能精確。
從相距５２公里到實現(xiàn)交會對接，作用距離較遠的微波雷達率先工作，進入２０公里后精度較高的激光雷達開始工作，進入１００米時更加精確的ＣＣＤ光學(xué)敏感器開始介入。這３臺技術(shù)方案和性能指標(biāo)均達國際領(lǐng)先水平的交會對接測量設(shè)備，完全由我國自主研制，如果對接成功，將驗證我國同時掌握３種世界領(lǐng)先的太空測量技術(shù)。
由于在地面無法完全模擬太空中的陽光強度，為避免強陽光對測量設(shè)備的干擾，首次交會對接計劃在地球陰影區(qū)進行。如果進展順利，組合體飛行１２天后，第二次試驗則會選擇在光照區(qū)進行，充分驗證測量設(shè)備的抗干擾能力。
分離：關(guān)系未來航天員生命安全
兩個航天器的速度、位置、姿態(tài)、偏差等１１個參數(shù)滿足對接條件后，神舟八號在慣性作用下繼續(xù)前進，與天宮一號輕輕相觸。當(dāng)感應(yīng)裝置感受到接觸，飛船尾部４臺發(fā)動機隨即點火，“捕獲”后旋即關(guān)機，緊接著，緩沖、校正、拉近、拉緊、鎖死等一系列動作就會相繼展開，上千個齒輪和軸承同步動作，飛船和天宮用大約１５分鐘的時間組成了剛性連接的組合體。
神舟八號和天宮一號的對接機構(gòu)是迄今為止中國最復(fù)雜的空間機構(gòu)，有數(shù)百個軸承齒輪和上萬個零部件。
兩個航天器形成組合體運行結(jié)束飛船準(zhǔn)備返回時，分離，也是一個重要關(guān)口。如果分不開，航天員就無法返回地球，后果是災(zāi)難性的。
對接時鎖得太緊，分離時就必然更加困難。對接機構(gòu)上的１２把結(jié)構(gòu)鎖，每個鎖的拉力都是數(shù)噸級。為保分離采取了４重備份。飛船鎖鉤自動解鎖失效，則由天宮鎖鉤解鎖，如果仍然不行，則先用火工品炸斷飛船鎖鉤，仍然無效，最后的選擇就是把天宮的鎖鉤炸毀，萬一發(fā)展到這一步，天宮的對接機構(gòu)永遠失效，將無法迎接下一艘飛船。
鎖緊機構(gòu)依次解開后，兩個對稱的彈簧提供了初始推力，飛船離天宮慢慢變遠，直至撤至安全距離，飛船發(fā)動機點火，加速離開。飛船返回艙返回地球后，交會對接試驗至此完成。
