無(wú)線聯(lián)試：探測(cè)火星前的一次大練兵
近日，北京航天飛行控制中心圓滿完成了我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)無(wú)線聯(lián)試。
北京航天飛行控制中心火星任務(wù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人崔曉峰向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，無(wú)線聯(lián)試相當(dāng)于模擬未來(lái)航天任務(wù)的整個(gè)過(guò)程。包括哪個(gè)階段要發(fā)送什么指令、實(shí)施什么控制，航天器要做什么動(dòng)作等等，對(duì)任務(wù)全程進(jìn)行演練和測(cè)試。“此次聯(lián)試取得成功，我們對(duì)火星探測(cè)任務(wù)心里就真正有底了。”他說(shuō)。
控制中心與探測(cè)器唯一合練機(jī)會(huì)
在航天任務(wù)中，航天器發(fā)射以后，都要由地面控制中心進(jìn)行控制。無(wú)線聯(lián)試就是指航天任務(wù)實(shí)施前，地面控制中心和航天器各個(gè)系統(tǒng)之間開(kāi)展的連接測(cè)試。
崔曉峰表示，無(wú)線聯(lián)試的主要要求，是要能真正有效地覆蓋任務(wù)的情況，保證任務(wù)可靠性。如果聯(lián)試的內(nèi)容有缺失，導(dǎo)致一部分重要的情形沒(méi)有驗(yàn)證到，無(wú)疑會(huì)給任務(wù)帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。因此在聯(lián)試準(zhǔn)備階段，對(duì)其內(nèi)容、過(guò)程、方式方法的設(shè)計(jì)極為重要。經(jīng)過(guò)多年的航天任務(wù)經(jīng)驗(yàn)積累，我國(guó)已形成一套成熟、科學(xué)、高效的體系，來(lái)開(kāi)展這方面的工作籌劃。
按照我國(guó)火星探測(cè)工程總體計(jì)劃安排，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)將在今年7月實(shí)施。此次無(wú)線聯(lián)試是火星任務(wù)控制中心與火星探測(cè)器正樣的唯一一次地面聯(lián)合演練。
緊湊的工程進(jìn)度為無(wú)線聯(lián)試的開(kāi)展增加了難度。崔曉峰說(shuō)，由于工程研制進(jìn)度十分緊張，各系統(tǒng)工作壓力原本就大，要安排共同時(shí)間開(kāi)展全系統(tǒng)演練，組織工作十分艱巨。
但此時(shí)開(kāi)展無(wú)線聯(lián)試卻又勢(shì)在必行。崔曉峰說(shuō)，聯(lián)試要在各個(gè)系統(tǒng)的研制工作基本完成以后進(jìn)行才有意義。如果進(jìn)行得過(guò)早，各系統(tǒng)狀態(tài)可 能還沒(méi)有完全確定；如果再晚，會(huì)直接影響發(fā)射前的各項(xiàng)進(jìn)程。聯(lián)試時(shí)間，實(shí)際上是在具備聯(lián)試條件的前提下，根據(jù)工程計(jì)劃往前倒排而確定下來(lái)的。
根據(jù)北京航天飛行控制中心發(fā)布的消息，本次聯(lián)試充分驗(yàn)證了探測(cè)器與地面系統(tǒng)的接口匹配性和一致性，對(duì)各類(lèi)方案、技術(shù)狀態(tài)、軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行了全面測(cè)試，達(dá)到了聯(lián)試預(yù)期效果。
崔曉峰說(shuō)，在此之前，火星任務(wù)控制中心與火星探測(cè)器真器本身還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)交互與控制。聯(lián)試整個(gè)過(guò)程走下來(lái)，打通了信息傳遞處理等環(huán)節(jié)，證明了此前方案的正確性。“這樣，我們對(duì)任務(wù)的信心就完全建立起來(lái)。”他說(shuō)。
聯(lián)試“出卷人”面臨難題
據(jù)報(bào)道，此次無(wú)線聯(lián)試采用真實(shí)的飛控系統(tǒng)以及真實(shí)的航天器，所有重大關(guān)鍵過(guò)程全部按照1∶1全過(guò)程演練。崔曉峰介紹說(shuō)，聯(lián)試的一大原則，就是根據(jù)系統(tǒng)驗(yàn)證的需求，盡可能做到完全真實(shí)。
我國(guó)首次火星任務(wù)將一次實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的繞、落及巡視探測(cè)，任務(wù)十分復(fù)雜。相比我國(guó)以往的航天任務(wù)，火星探測(cè)任務(wù)光飛行時(shí)間就將近7個(gè)月，加上制動(dòng)下降、著陸火星，任務(wù)時(shí)間周期很長(zhǎng)，可能面臨的情況也很多。但聯(lián)試的時(shí)間有限，怎樣把整個(gè)任務(wù)覆蓋進(jìn)去，把這么多復(fù)雜的工作壓縮到很短的時(shí)間里，成為聯(lián)試“出卷人”面臨的難題。
崔曉峰說(shuō)，對(duì)于此次聯(lián)試，在前期開(kāi)展了大量設(shè)計(jì)工作，以選取最具典型性、代表性的內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試，簡(jiǎn)化了一些可以通過(guò)其他方式驗(yàn)證的內(nèi)容。同時(shí)通過(guò)時(shí)間壓縮等特殊手段，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程覆蓋。
崔曉峰說(shuō)，探測(cè)器飛向火星途中需要開(kāi)展多次軌道修正，接近火星時(shí)要進(jìn)行制動(dòng)從而進(jìn)入火星捕獲軌道。此外，探測(cè)器在火星降落是整個(gè)任務(wù)中風(fēng)險(xiǎn)最大的一個(gè)環(huán)節(jié)，在各國(guó)火星探測(cè)任務(wù)中，大部分失敗案例都是在這個(gè)環(huán)節(jié)功虧一簣。探測(cè)器進(jìn)入火星大氣到降落的過(guò)程只有幾分鐘，在這么短時(shí)間內(nèi)需要完成減速以及各種調(diào)整。由于火星距離地球非常遙遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸延時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾十分鐘，這些動(dòng)作無(wú)法實(shí)時(shí)控制，只能提前設(shè)定編排程序，預(yù)先把指令發(fā)給探測(cè)器，在實(shí)施降落時(shí)由探測(cè)器自主控制。
無(wú)線聯(lián)試正是要驗(yàn)證這些指令的正確性。“如果事先計(jì)算的控制量、指令的編排有錯(cuò)誤，任務(wù)真正執(zhí)行的時(shí)候就會(huì)出問(wèn)題。而這次聯(lián)試正是進(jìn)行全面檢驗(yàn)的過(guò)程。”崔曉峰說(shuō)。
火星任務(wù)聯(lián)試比探月更復(fù)雜
由于其重要性，無(wú)線聯(lián)試是各項(xiàng)航天任務(wù)實(shí)施前必須經(jīng)歷的一項(xiàng)考核，包括我國(guó)多次開(kāi)展的探月任務(wù)都是如此。不過(guò)崔曉峰表示，火星任務(wù)無(wú)線聯(lián)試比探月任務(wù)更為復(fù)雜。
他說(shuō)，兩者的不同之處主要源于任務(wù)特點(diǎn)。首先月球是地球的衛(wèi)星，圍繞地球旋轉(zhuǎn)?；鹦鞘切行牵c地球一起圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。這樣一來(lái)，地球、探測(cè)器以及目標(biāo)星體之間的相互位置關(guān)系就有很大不同。
對(duì)于月球車(chē)與火星車(chē)來(lái)說(shuō)，工作環(huán)境也有很大區(qū)別。月面雖然有石塊、撞擊坑，但沒(méi)有空氣流動(dòng)，環(huán)境相對(duì)靜止?；鹦潜砻娌粌H地形復(fù)雜，而且有各種天氣變化，可以持續(xù)數(shù)月的塵暴等惡劣氣候環(huán)境，將給探測(cè)器帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)。
在距離方面，月球距離地球大約30萬(wàn)公里，信號(hào)延遲幾乎可以忽略，對(duì)探測(cè)器相當(dāng)于可以實(shí)時(shí)控制。而火星距離地球最近也有大約5000萬(wàn)公里，最遠(yuǎn)可達(dá)4億公里，信號(hào)延遲超過(guò)地月信號(hào)延遲千倍，發(fā)給探測(cè)器、火星車(chē)的指令都需要預(yù)先編排規(guī)劃，設(shè)定好動(dòng)作以及合適的執(zhí)行時(shí)間。探測(cè)器收到指令，在適當(dāng)時(shí)間執(zhí)行之后，再擇機(jī)把數(shù)據(jù)傳回地球。每一次交互都需要一定周期。
記者了解到，后續(xù)北京航天飛行控制中心火星任務(wù)團(tuán)隊(duì)將持續(xù)完善各項(xiàng)方案預(yù)案，優(yōu)化組織流程，落實(shí)技術(shù)細(xì)節(jié)，全力完成我國(guó)首次火星探測(cè)飛控任務(wù)。
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