龙华自动化喷涂设备访飞船大脑设计者操控飞船万里穿针

访飞船大脑设计者操控飞船万里穿针

  “如果没有GNC，飞船只能停留在科学幻想的阶段。”什么是GNC？它为何如此重要？带着这个问题，记者走进了中国航天科技集团公司五院502所飞船工程组。

  他们是我国11艘神舟飞船、1艘货运飞船GNC系统的缔造者，从成千上万的信息流和代码中“抽丝剥茧”，让太空漫步、太空之吻一步步变成现实。

  从无到有，确保飞船安全回家

  GNC，是制导导航与控制的英文缩写，相当于飞船的“眼睛”和“大脑”。它负责飞船飞行全过程的姿态和轨道控制以及在轨太阳帆板控制。也就是说，飞船如何运动、如何返回是由GNC决定的。

  1994年，飞船工程组初成立时，只有美国和俄罗斯掌握飞船GNC技术。

  “可以说，从无到有是靠人和时间堆砌起来的。”据参与了11艘神舟飞船GNC系统研制的班组产品保证经理李婷介绍，当时的计算机落后，大部分计算和数据判读需要人工完成，当时已50多岁的原班组长王南华带领十几个组员不分昼夜地做设计、计算、测试。“已经到了痴迷的程度。他们曾经半年时间吃住在单位，即便后来到了发射场，还在编写控制软件。”

终于，在继承我国返回式卫星控制系统成熟技术的基础上，该班组拿出了我国第一个具有制导、导航和控制全部功能的GNC系统，并且能够做到“一重故障正常，两重故障安全”，确保航天员的安全。

  为了让航天员从太空“回家”时能够更有方向感，飞船落点更精准，在型号领导及专家的带领下，班组成员在飞船的姿态确定与返回再入控制技术上下了大功夫，先后突破了多项新技术，如在轨姿态对准技术、返回再入自适应制导技术等，保证了飞船具备多种条件下安全准确返回的能力。同时，班组还从技术总体角度突破了高可靠三级容错控制计算机、大规模嵌入式GNC 软件、具有消隐功能的新型红外地球敏感器等关键产品和技术，设计并开发了全面的地面验证系统。最终，神舟五号落地时“打靶中了十环”。

  从有到强，操控飞船“万里穿针”

  2011 年11 月3 日，天宫一号和神舟八号上使用的光学成像敏感器上演了首次“太空之吻”，对接精度比设计要求高近10倍，性能指标达到世界前列，标志着我国首次掌握了空间交会对接GNC技术。

  那一刻，北京指挥控制中心的飞船工程组团队激动地抱在了一起。“起初心里很没底，当看到交会对接精度时，非常激动，五六年的辛苦付出值了，后续工作的信心也更足了。”班组长刘宗玉回忆起来，仍然难掩激动。

  相比第一代的“刀耕火种”，现在的他们有了更加强大的工具：快速仿真技术、虚拟测试平台等现代信息技术的支持。“通过仿真设计，提出指标和要求，形成任务书，然后把任务书变成一个个产品，通过充分细致的测试、试验验证使设计‘迭代’。”班组成员郝慧如此描述他们的工作。

  在神舟八号飞船GNC分系统研制中，交会对接敏感器是最关键也是最难啃的硬骨头。为了在地面验证其性能，2007年-2011年，飞船工程组专门模拟交会对接轨迹和环境，先后奔赴阿拉善等地开展试验。

  据副组长冯烨回忆，阿拉善的冬天特别冷，白天他们冒着严寒测试，晚上就几个人挤在临时搭建的帐篷里互相取暖。而在挂飞试验中，他们更是只能坐在夹板上判读测试数据，颠簸得头晕恶心。“我记得，在酒泉做试验时，气温达到40摄氏度，大巴车里开着空调，可温度始终降不下来。”组员刘增波说。

  正是因为这些严丝合缝的试验与测试验证，才有了神舟八号和天宫一号精准漂亮的“万里穿针”。

  有趣的是，为了帮助航天员训练，他们在地面上设计了一整套模拟座舱系统，航天员在这里可以真实模拟太空手控交会对接操作。“于是，这里成了全国首个‘太空驾校’，航天员每一次过来模拟操作时都非常认真，有时还会要求多操作几遍。”班组成员李志宇说。

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