神舟十一号飞船发射全过程 新华社 发
金羊网特派北京记者 李妹妍 实习生 李梦涵 通讯员 祁登峰 许诺
今年9月16日,“天宫二号”升空后,微博网友“@冬夜镜尘”发了一条微博:当年杨利伟飞天时,飞控中心大都是白发苍苍的老人家。这才多少年,镜头扫过,飞控中心就像某大学的实验室,绝大部分是年轻人。并在微博下配了新闻截图作为对比。这条微博发出后,已被网友转发了6万多次。不少网友感叹:“80后”已经成为我们科技界的中坚力量了,真为我们国家骄傲。
如今神舟十一号飞船升空,将与天宫二号交会对接。从酒泉手中接过“接力棒”后,对九天之外神舟十一号和天宫二号进行飞行控制的大幕已经缓缓拉开。在北京航天飞行控制中心(飞控大厅)内,青年科技工作者忙碌的身影引起了羊城晚报记者的注意。别看他们都是80后,可已经有人是中国航天控制的“老司机”了。这些年轻的面孔,让我们看到了中国航天事业的前景一片光明。
总调度
听到的口令由他发出
“各号注意,我是北京!”
飞控中心指挥大厅的第三排,头戴耳机穿着绿色工作服的杨彦波目不转睛盯着总调度台上的屏幕,清晰而有力地发出各项调度口令。他的面前,摆放着组织指挥流程表、故障模式及应急处置对策等各类文件。
“船箭分离!”“太阳帆板展开!”……明亮的飞控大厅中,只有杨彦波的调度口令清晰地回响。
作为现场总调度,在飞船上升入轨的短短几分钟内,他要随时接收陆海天基各个测控站传回的数据信息,并在规定时间内将口令准确无误地传达到每一个点号上。从神舟十一号升空到准确入轨,从交会对接到组合体飞行,从航天员开展各项太空实验到飞船返回,整个飞控过程中成千上万条调度口令,也都要由总调度来下达实施。
“在判断一个状态之后,30秒内要发出口令。”杨彦波说,普通人现场看到的可能只是总调度在发口令,实际上这背后包含了很多综合信息的联判,总调度必须协调各方,随时随地迅速判断和准确领会专家组的决策意图。
这是杨彦波在总调度岗位的第六年,比起本名,飞控中心的同事们更乐意叫他“八哥”——这个曾在神舟八号任务中因为帅气的外表而意外走红、被网友称为“天宫神八哥”的80后小伙子,已经是个“航天老兵”了。
杨彦波坦言,总调度岗位并不轻松,整个系统可能发生的各种情况都要了然于胸,在这个基础上,遇到事情还要具备冷静稳定的心态和灵活的应变能力。而针对此次神舟十一号任务的新特点,杨彦波也和同事们做好了充分的准备,“针对飞船长时间偏航飞行这种模式、在轨实验密集等都有相应的预案。”杨彦波称,在早前的三百多场演练中,已经把所有典型的预案、主要的应急模式都做到了覆盖式的检查。
“精算师”
从海量数据中算出飞船轨道
从点火后的第584秒开始,是张宇和他的团队的战场。
飞控中心指挥大厅的东侧,此刻,张宇和他的团队紧盯屏幕、十指翻飞,沉着地进行着初始轨道根数的计算处理。从陆海天基测控网传回来的海量数据在这里汇集,轨道工程师们要做的,是在铺天盖地的数据中,快速地甄别出误差率最小的数据源,在5分钟内计算出当前的轨道参数,准确定位目标飞船。
但外太空的环境繁杂多变,大气的密度、太阳活动等可能造成轨道确定和精度误差的因素就达上百项,要计算飞船的轨迹并不容易。张宇介绍称,在船箭分离前,根据重要事件,他们需要同时完成监测各类数据来源是否正常传输,比对数据是否正确合理,为之后的计算轨道精度做准备。
船箭分离之后,这一团队的六个人密切配合,用不同的方式分析计算各测站回传的数据。随后张宇通过参数计算、理论值判断、选优、备急等方式,认真核对着每个人的计算结果,择优筛选出轨道根数。
这位80后轨道工程师和他的同事在高负荷运转的工作状态下,依旧精益求精,一丝不苟。一方面,如果轨道确定出错,或者精度不高,后续一切工作都将会出现问题。另一方面,通过计算,判断飞船入轨高度是否正常,如果过高或者过低,也为后续采取何种紧急预案提供决策依据。
“发令兵”
发出上万条指令让飞船执行
在指挥大厅的第二排,费江涛全神贯注监视判断着飞船当前的状态。
船箭分离后的第14秒,在总调度的口令下,费江涛沉着地把第一条指令“入轨指令”发送了出去,将飞船由发射状态切换成正常飞行状态。大约1分钟后,他再次发出了“帆板展开指令”,几秒钟后,飞控大厅大屏幕上,神舟十一号飞船缓缓展开了两只“翅膀”。
费江涛的岗位被称作“上行控制岗位”,2009年硕士毕业后他就到北京中心软件室遥控组工作。航天器的开关机和状态调整,包括调姿、变轨等,都是通过这个岗位发送的控制指令来完成的。“听总调度的口令,他是指挥人的,我们是直接控制航天器的。指令发送出去,飞船根据这些指令或者数据来执行具体的动作。”费江涛笑称,除了航天员手动控制外,他们就是地面控制飞船的唯一通路。此次任务的上万条指令,将由他们根据计划好的时间节点,及时、准确地发送至飞船,指令控制精度、准确度要求非常高,甚至指令发送的时机都要精确到10毫秒的量级。
“经过五院通报以后,30秒之内就要把指令发送上去。”费江涛介绍道,这听起来时间比较充裕,但在正常流程中,先由航天器操作部门航天五院申请发送一个指令,相关口令喊过来,北京总调度再把口令发过去,“这期间光口令的时间就占了十几二十秒,我们剩余不到10秒的操作时间。”
在这不到10秒的时间内,他眼睛盯着屏幕上的状态参数,耳朵要准确地监听口令,并找到对应的指令,判读数据状态,确认无误后,果断地按下鼠标点确定按钮发送指令,一系列动作做到毫厘不差。费江涛告诉记者,如果给飞船发令发错了,或是发晚了发早了,都会改变飞船的状态,影响飞船的安全甚至危及航天员的安全。
为了保证指令发送的准确性,他要熟练掌握飞行器的整个技术状态,知道什么过程需要发什么指令,对飞控过程中可能出现的故障也要非常熟悉,所以对所有的紧急预案心里也必须有数。
“大管家”
每一本飞控方案都烂熟于心
胡国林坐在指挥大厅的第二排,虽然脸上看不出太多紧张,但他的眼睛一直紧盯着面前的屏幕,在心中快速地过一遍各事件状态。
作为神舟十一号总体主任设计师,胡国林和同事们的工作更多地表现在前期总体方案的设计,包括正常的、应急的各类实施方案制定和协同。但在整个任务期间,他仍然要密切跟进所有任务状态的执行情况,并根据实际情况及时与各系统会商,做出紧急处置。
总体室在中心内部被称为“任务大管家”。除了任务方案的设计、组织实施、效果评估之外,在任务的全过程,胡国林和他的同事们都必须值守在飞控现场。
这个80后年轻人参与了神八以来的总体方案设计,在他看来,不同于神九神十在交会对接技术上的一脉相承,神十一任务轨道更高、在轨周期更长的新状态,对他们的工作提出了更新的要求。“以往的方案都要进行大的调整,譬如一些涉及轨道相关的方案设计,工作量至少大了30%。”
胡国林说,方案都要细化到分秒,进行复核复算,测控条件一旦发生变化,原来的方案可能就不适宜,又要进行相应的调整。也因此,胡国林需要掌握每一个飞控要点,把每一本飞控实施方案烂熟于心,还需要奔波在各协同单位之间,沟通技术状态。
“经常就是左手手机,右手固定电话,这边在说着,那边还要说抱歉一会儿给您回电话。”他笑着说,做一个方案可能需要和载人航天的八大系统打交道,在方案确认之前,他手机上经常对口联系的电话就有上百个。
神舟与天宫对接 模拟空间站方式
金羊网特派北京记者 李妹妍 通讯员 许诺 祁登峰
“这次任务有几个突出的特点:任务周期更长、在轨试验更多、技术要求更高。”飞控中心副总工程师孙军在此次任务中负责整个飞控的技术决策支持,在接受羊城晚报记者采访时,他表示,与天宫一号同神舟九号、神舟十号交会对接任务相比,此次任务中,飞控系统面临着更多的难点与挑战。
“神舟十一号主要承担航天员运送和空间站技术验证两大核心任务。”孙军称,神舟十一号将承载多个“首次”,比如,此次任务中,对接轨道和返回轨道高度比之前增加了50公里,将首次考核验证空间站阶段的交会对接和载人飞船返回技术,还将首次考核航天员中期驻留能力。
按照计划,神舟十一号载人飞船将在距地面393公里的轨道高度,与天宫二号进行交会对接。“这与中国未来空间站的轨道高度基本相同。”孙军称,这也是最接近未来我国空间站轨道要求的一次载人飞行任务。神舟十一号与天宫二号的交会对接,将首次模拟未来空间站的交会对接方式,即载人飞船利用自身机动能力去追踪空间站。
“这将是我国第二次天地往返运输应用性飞行任务,也是我国进入空间站阶段之前,最后一次飞船的应用性飞行。”孙军称,神舟十一号航天员在太空开展一定规模的空间应用,为我国后续空间站建造和运营奠定基础、积累经验,“更进一步说,神舟十一号和天宫二号肩负着我国建设空间站之前最后一次全面的技术验证。”
当神舟十一号与天宫二号完成对接及其他各项试验返回后,天宫二号将继续驻留太空,与第一艘货运飞船天舟一号开展推进剂在轨补加等相关技术的验证。
神舟十一号技能大扫描
A 通信不掉线
神舟十一号飞船首次配置了宽波束中继子系统,它能极大提高中继终端使用范围和工作能力,确保天地链路可靠性——当飞船飞到地面系统测控不到的位置时,这个系统能让其更容易被中继卫星寻找到。“飞船在天上飞,最好跟地面时刻有联系,地面站覆盖不到时,就需要通过中继卫星转接信号。”航天科技集团公司五院GNC分系统指挥罗谷清告诉记者,通过中继卫星和地面测控系统的连接,保证了神舟飞船与地面之间的联系。尤其在出现紧急状况的时候,飞船始终能与地面保持通信。宽波束中继子系统显著扩大了测控覆盖范围,提升了飞船姿态快速变化时的天地通信保障能力,从而提高了航天员的安全性和飞船的可靠性。
B 全天候对接
为了让天宫二号和神舟十一号能在以8倍于子弹的速度下毫厘不差地对接在一起,技术人员对飞船上的光学成像敏感器实现了升级。与天宫一号上运用的一代产品相比,神舟十一号身上升级版敏感器对太阳杂光抑制能力、识别目标敏感度均大幅提升。“这一改进使得神舟十一号和天宫二号可以实现准全天候实时对接。”神舟十一号交会对接光学成像敏感器主任设计师龚德铸打了个比方,太空中阳光照射强度是地球上的三到五倍,很容易“亮瞎”飞行器的“双眼”,“就像开车时被对面来车大灯照射,需要一段时间才能恢复视力。神舟十一号上的升级版‘眼睛’,恢复视力时间从原来的十秒缩短到几百毫秒。”
C 不怕冻与烤
考虑到飞船长时间驻留太空,保证能源供应需要太阳能帆板长时间对准太阳,为此组合体需要连续偏航。而在连续偏航过程中,有一些设备会长期对着太阳,还有一些设备长期晒不到太阳。持续偏航可能引起返回舱温度过低,导致设备结露,影响使用;同时偏航也将引起推进舱贮箱和发动机温度升高,有可能超过温度上限,无法正常工作。为此,研制人员对飞船的返回舱和推进舱进行了热控设计改进,使之有了更耐高温和低温的“外衣”,不再害怕太空环境的炙烤和寒冻。
(李妹妍、王公为、高大林)