北京飛控中心突破多項飛控關鍵技術助力我國首次“太空加油”

    4月27日，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室成功完成首次推進劑在軌補加試驗，標誌天舟一號飛行任務取得圓滿成功。新華社記者琚振華攝

    新華社北京4月27日電題：北京飛控中心突破多項飛控關鍵技術助力我國首次“太空加油”

    李國利、姜寧 、祁登峰

    4月27日晚，天舟一號與天宮二號首次推進劑在軌補加試驗取得圓滿成功。在這次任務中，北京航太飛行控制中心創新突破多項關鍵飛控技術，為成功實施“太空加油”提供了強大助力。

    （一）

    與空中加油相比，“太空加油”高出的不僅是距離地面的高度，更體現在技術復雜程度上。特別是在補加流程的設計上，面臨著多目標、多約束、多變化的係統級難題。

    據中心飛控總體主任設計師姜萍介紹，在太空實施推進劑補加，涉及到氧化劑、燃燒劑兩種推進劑，對設計的安全性、可靠性提出了更嚴更高的要求；需要考慮兩個目標、上百個閥門、幾百米長的管路，以及幾十種關鍵設備、軟件的控制。此外，整個補加流程包含幾十個步驟，每個步驟又包含很多分支及指令，這些步驟和指令層層約束、環環相扣，不能有一處出現錯誤。

    為了解決這些難題，姜萍和同事們經過兩年多的集智攻關，創造性地設計出推進劑補加協同控制流程，解決了推進劑補加過程的強耦合問題，實現了補加過程的快速重新規劃，以及正常和應急情況下各類分支的快速重構和切換。

    管路吹除是“太空加油”的一個關鍵環節，既要根據實際吹除時間動態調整控制序列，又要嚴格按照時序對兩目標進行協同控。任務中，閥門打開順序、時間間隔都必須分毫不差，否則就可能造成推進劑凍結，堵塞補加管路。

    “我們的推進劑補加流程動態規劃技術能夠很好地解決了這個問題，確保了補加過程順利進行。”姜萍説。

    （二）

    從4月23日到27日，連續持續5天的“太空加油”期間，有一幅畫面從未離開飛控大廳正中央的液晶屏，那就是“推進劑補加態勢圖”。

    這幅態勢圖出自中心年輕的軟件工程師王兆岩之手，是基于推進劑補加原理和管路原理而設計，採用模型構建和邏輯抽象方法，實現了推進劑補加過程的動態可視化展示，對補加過程實時狀態判斷和輔助決策具有重要意義。

    透過飛控大廳的液晶屏，記者能夠清晰的看到，在蔚藍色的星空背景裏，天舟一號和天宮二號實施推進劑補加的一條條管路、一個個閥門、一個個參數以及用不同顏色標識的貯箱等圖形元素都清晰可見。這些圖形元素在實時任務數據的驅動下，會動態的展示補加進程。譬如，哪個閥門關閉、哪根管路有燃料、哪個貯箱正在補加、哪根管路正在吹除等等動作細節都會直觀清晰地展現科技人員的眼前。

    飛控大廳的科技人員告訴記者，展示圖的可貴之處不僅在于它能夠將“太空加油”從九天之上搬到人們眼前，也在它提取了補加過程的關鍵參數資訊，在實時數據驅動下，可以使科技人員從繁瑣復雜的參數資訊中解脫出來，可以讓決策指揮層能夠夠加直觀地掌握任務狀態，從而更加準確高效的進行判斷決策。

    （三）

    能夠想像一張白紙上密密麻麻寫滿數字的感覺嗎？有密集恐懼症的人肯定會覺得頭皮發麻、頭腦犯暈。

    如果把這次“太空加油”涉及到的參數資訊放到白紙上，四五百個參數恐怕可以寫滿好多張。這些參數資訊就是“太空加油”是否正常進行的生理指標，在任務中動態變化，需要地面科技人員實時監視判斷。然而，完成一次“太空加油”需要5天時間。這麼長的時間，這麼多的參數，僅僅依靠人工監視是不可能完成的。

    為了提升效率，中心汪廣洪博士在深入研究上百套推進劑補加故障預案基礎上，設計了推進劑補加故障診斷係統，實現了推進劑補加故障的快速診斷、快速定位、快速解決。

    打開故障診斷係統，他指著螢幕上一條條資訊告訴記者，推進劑補加過程全部可能出現的故障資訊都在裏面，只要補加過程中，哪一條參數不正常，這裏實時就會有告警的聲音，並且能夠立刻定位故障源，迅速啟動應急預案，大大提升了故障診斷和應急搶險的效率。