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在太空中怎样不迷路?专访飞船“大脑”设计者

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来源:环球时报  

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原标题:在太空中怎样不迷路?专访飞船“大脑”设计者

飞船工程组的日常工作状态航天五院502所供图

人民网北京10月21日电(赵竹青)“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”

倘若说攻克返回控制技术是神舟飞船第一代GNC系统,那么攻克交会对接技术当属第二代GNC系统。

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。

从神舟到天舟,交会时长缩至1/8

2017年9月12日,我国首艘货运飞船天舟一号与天宫二号实现了首次快速交会对接,从入轨到交会对接的全过程,由以往的2天缩短至6.5个小时。

其实早在2012年,当人们还沉浸于交会对接任务圆满成功的喜悦中时,飞船工程组就瞄准了快速交会对接这项新技术。2015年末,天舟一号GNC系统正样硬件和软件产品研制已经完成,开始出厂前最后阶段的测试,而这时有专家试探性地提出能否在天舟一号上实现快速交会对接,飞船工程组兴奋地答应了,他们着实为自己的先见之明高兴了一番。

飞船工程组需要在不打乱既定研发计划的基础上,用最短的时间、做最少的改动来满足新任务要求。为此,他们1年内升级了10个软件版本,有效提高了在工程约束下的GNC系统的精度和可靠性,也让飞船变得更聪明,更自主,把原来需要地面干预的工作交给天舟一号计算机自主进行……

负责货运飞船GNC分系统测试的组员李明明说,飞船的初样测试是一个痛苦的迭代过程,因为总会发现问题,然后进行设计改进、再测试……“从2012年8月~2014年5月,我们大都是晚上九十点下班。”

工作中,班组成员“每个人心中都有一根关于"细致"的"弦"。例如,加电测试阶段,他们负责的数据参数表有600多页,需要关注的参数有3000多个。“每个参数的变化都有可能反映系统的特征表现,即便暂时没有表现出问题也要找出原因,防止一切可能出现的问题。”组员高伟告诉记者。

新老搭配,“雁阵”团队平均33岁

记者在采访中了解到,在飞船工程组内部,不同专业领域人员就如同七巧板,任何一块都不能缺。如何让这些人才发挥出1+1>

2的效果,将型号研制与人才梯队建设有机融合,是几代班组长一直在践行的课题。

他们想到,自然界中,“人”型雁阵是大雁飞得最快最省力的构型,雁阵飞行速度是单只大雁的1.71倍。因此,飞船工程组借鉴这一理念,首创了“雁阵”人才培育模式——正、副组长为领头雁,负责领飞;技术平台负责人为中坚雁,负责带飞;组员为前行雁,负责跟飞。

据了解,第一任“领头雁”王南华是将“严慎细实”作风诠释到极致的人。她习惯随身携带笔记本,把问题和要点随时记录在册。对于每一个设计接口,他都坚持测试到位、眼见为实。当时已是50多岁的她,每次测试都陪年轻人工作到深夜两三点。“搞航天走的是一条攀登路,任务重,风险大,只能尽一切可能做好!”王南华说。她这种严慎细实的作风被“阵里的雁子们”很好地传承了下来。

近年来,飞船组型号任务出现井喷式发展,班组又衍生出了动态化的“微雁阵”。“从生物学角度考虑,大雁在飞的过程中是会交替换位的,以达到省力的效果。”副组长冯烨介绍说,“我们把不同的飞船型号作为不同的平台,每个平台有一个成熟的技术骨干担任负责人,带领几名技术人员开展设计或测试工作。当这几个人逐渐成熟后,再把他们分到其他平台的不同位置上去。”

这种新老搭配、交替换位的模式,不仅提高了工作效率,也加速了人才的成长。目前,飞船工程组全部成员仅有19人,平均年龄还不到33岁。“小团队”做出了“大成绩”。未来,他们将用自己的双手,续写中国人的太空传奇,将越来越多的梦想变成现实。

航天员刘洋在飞船工程组的指导下训练太空交会对接(航天五院502所供图)

人民网北京10月21日电(赵竹青)“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”

倘若说攻克返回控制技术是神舟飞船第一代GNC系统,那么攻克交会对接技术当属第二代GNC系统。

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。

从神舟到天舟,交会时长缩至1/8

2017年9月12日,我国首艘货运飞船天舟一号与天宫二号实现了首次快速交会对接,从入轨到交会对接的全过程,由以往的2天缩短至6.5个小时。

其实早在2012年,当人们还沉浸于交会对接任务圆满成功的喜悦中时,飞船工程组就瞄准了快速交会对接这项新技术。2015年末,天舟一号GNC系统正样硬件和软件产品研制已经完成,开始出厂前最后阶段的测试,而这时有专家试探性地提出能否在天舟一号上实现快速交会对接,飞船工程组兴奋地答应了,他们着实为自己的先见之明高兴了一番。

飞船工程组需要在不打乱既定研发计划的基础上,用最短的时间、做最少的改动来满足新任务要求。为此,他们1年内升级了10个软件版本,有效提高了在工程约束下的GNC系统的精度和可靠性,也让飞船变得更聪明,更自主,把原来需要地面干预的工作交给天舟一号计算机自主进行……

负责货运飞船GNC分系统测试的组员李明明说,飞船的初样测试是一个痛苦的迭代过程,因为总会发现问题,然后进行设计改进、再测试……“从2012年8月~2014年5月,我们大都是晚上九十点下班。”

工作中,班组成员“每个人心中都有一根关于"细致"的"弦"。例如,加电测试阶段,他们负责的数据参数表有600多页,需要关注的参数有3000多个。“每个参数的变化都有可能反映系统的特征表现,即便暂时没有表现出问题也要找出原因,防止一切可能出现的问题。”组员高伟告诉记者。

新老搭配,“雁阵”团队平均33岁

记者在采访中了解到,在飞船工程组内部,不同专业领域人员就如同七巧板,任何一块都不能缺。如何让这些人才发挥出1+1>

2的效果,将型号研制与人才梯队建设有机融合,是几代班组长一直在践行的课题。

他们想到,自然界中,“人”型雁阵是大雁飞得最快最省力的构型,雁阵飞行速度是单只大雁的1.71倍。因此,飞船工程组借鉴这一理念,首创了“雁阵”人才培育模式——正、副组长为领头雁,负责领飞;技术平台负责人为中坚雁,负责带飞;组员为前行雁,负责跟飞。

据了解,第一任“领头雁”王南华是将“严慎细实”作风诠释到极致的人。她习惯随身携带笔记本,把问题和要点随时记录在册。对于每一个设计接口,他都坚持测试到位、眼见为实。当时已是50多岁的她,每次测试都陪年轻人工作到深夜两三点。“搞航天走的是一条攀登路,任务重,风险大,只能尽一切可能做好!”王南华说。她这种严慎细实的作风被“阵里的雁子们”很好地传承了下来。

近年来,飞船组型号任务出现井喷式发展,班组又衍生出了动态化的“微雁阵”。“从生物学角度考虑,大雁在飞的过程中是会交替换位的,以达到省力的效果。”副组长冯烨介绍说,“我们把不同的飞船型号作为不同的平台,每个平台有一个成熟的技术骨干担任负责人,带领几名技术人员开展设计或测试工作。当这几个人逐渐成熟后,再把他们分到其他平台的不同位置上去。”

这种新老搭配、交替换位的模式,不仅提高了工作效率,也加速了人才的成长。目前,飞船工程组全部成员仅有19人,平均年龄还不到33岁。“小团队”做出了“大成绩”。未来,他们将用自己的双手,续写中国人的太空传奇,将越来越多的梦想变成现实。

负责“太空穿针”导航的飞船工程组是一个年轻的团队,平均年龄不到33岁(航天五院502所供图)

人民网北京10月21日电(赵竹青)“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”

倘若说攻克返回控制技术是神舟飞船第一代GNC系统,那么攻克交会对接技术当属第二代GNC系统。

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。

从神舟到天舟,交会时长缩至1/8

2017年9月12日,我国首艘货运飞船天舟一号与天宫二号实现了首次快速交会对接,从入轨到交会对接的全过程,由以往的2天缩短至6.5个小时。

其实早在2012年,当人们还沉浸于交会对接任务圆满成功的喜悦中时,飞船工程组就瞄准了快速交会对接这项新技术。2015年末,天舟一号GNC系统正样硬件和软件产品研制已经完成,开始出厂前最后阶段的测试,而这时有专家试探性地提出能否在天舟一号上实现快速交会对接,飞船工程组兴奋地答应了,他们着实为自己的先见之明高兴了一番。

飞船工程组需要在不打乱既定研发计划的基础上,用最短的时间、做最少的改动来满足新任务要求。为此,他们1年内升级了10个软件版本,有效提高了在工程约束下的GNC系统的精度和可靠性,也让飞船变得更聪明,更自主,把原来需要地面干预的工作交给天舟一号计算机自主进行……

负责货运飞船GNC分系统测试的组员李明明说,飞船的初样测试是一个痛苦的迭代过程,因为总会发现问题,然后进行设计改进、再测试……“从2012年8月~2014年5月,我们大都是晚上九十点下班。”

工作中,班组成员“每个人心中都有一根关于"细致"的"弦"。例如,加电测试阶段,他们负责的数据参数表有600多页,需要关注的参数有3000多个。“每个参数的变化都有可能反映系统的特征表现,即便暂时没有表现出问题也要找出原因,防止一切可能出现的问题。”组员高伟告诉记者。

新老搭配,“雁阵”团队平均33岁

记者在采访中了解到,在飞船工程组内部,不同专业领域人员就如同七巧板,任何一块都不能缺。如何让这些人才发挥出1+1>

2的效果,将型号研制与人才梯队建设有机融合,是几代班组长一直在践行的课题。

他们想到,自然界中,“人”型雁阵是大雁飞得最快最省力的构型,雁阵飞行速度是单只大雁的1.71倍。因此,飞船工程组借鉴这一理念,首创了“雁阵”人才培育模式——正、副组长为领头雁,负责领飞;技术平台负责人为中坚雁,负责带飞;组员为前行雁,负责跟飞。

据了解,第一任“领头雁”王南华是将“严慎细实”作风诠释到极致的人。她习惯随身携带笔记本,把问题和要点随时记录在册。对于每一个设计接口,他都坚持测试到位、眼见为实。当时已是50多岁的她,每次测试都陪年轻人工作到深夜两三点。“搞航天走的是一条攀登路,任务重,风险大,只能尽一切可能做好!”王南华说。她这种严慎细实的作风被“阵里的雁子们”很好地传承了下来。

近年来,飞船组型号任务出现井喷式发展,班组又衍生出了动态化的“微雁阵”。“从生物学角度考虑,大雁在飞的过程中是会交替换位的,以达到省力的效果。”副组长冯烨介绍说,“我们把不同的飞船型号作为不同的平台,每个平台有一个成熟的技术骨干担任负责人,带领几名技术人员开展设计或测试工作。当这几个人逐渐成熟后,再把他们分到其他平台的不同位置上去。”

这种新老搭配、交替换位的模式,不仅提高了工作效率,也加速了人才的成长。目前,飞船工程组全部成员仅有19人,平均年龄还不到33岁。“小团队”做出了“大成绩”。未来,他们将用自己的双手,续写中国人的太空传奇,将越来越多的梦想变成现实。返回搜狐,查看更多

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