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專家詳解“神九”測控系統 猶如“風箏線”絕對不能斷

發佈時間:2012年06月24日 17:34 | 進入復興論壇 | 來源:中國網絡電視臺 | 手機看視頻


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        CNTV消息(網絡新聞聯播記者安媖 李濤報道)6月24日12時55分,在航天員的精準操控下,天宮一號目標飛行器與神舟九號飛船再次成功交會對接,我國首次航天員手控交會對接試驗取得圓滿成功。在本次對接的控制中樞——北京飛控大廳現場,中國網絡電視臺記者採訪了中國電子科技集團載人航天工程副總設計師唐軍。

        CNTV:請問神九發射之後,地面是通過何種方式對其進行控制的?

        唐軍:地面對神九的控制通信,其核心問題就是握好航天測控這個“風箏線”。航天測控控制著飛船的點火發射、飛船和火箭的分離、飛船的入軌、太陽帆板的展開、了解飛船運行情況、飛船的變軌、和宇航員通話、保證飛船安全落地等等,可以説,火箭和飛船是幕前的英雄,而測控就是那幕後的導演,離開了航天測控的飛船也就像那斷了線的風箏!

        神九還未脫離發射架,我們研製的新一代高精度測量系統就已經鎖定了目標,在火箭騰飛的那一刻,牢牢盯住它的運行軌跡,並實時的顯示在運控中心,為現場指揮人員提供了安全決策依據。新一代高精度測量系統採用高精度測速定規,整個系統的測量誤差大大減少,上千公里的距離誤差在10米以內,速度誤差在2厘米以內。系統測量設備由固定站模式向全機動模式轉變,機動靈活,三五個人,隨時隨地可以參加發射任務,設備的小型化也節約了大量的人力和物力,設備的自動化運行提高了操作的準確性。這些設備為交會對接發射任務的引導、安全控制等提供實時測量數據。

        CNTV:我們看到發射和對接等過程,時間精度已經是秒,甚至毫秒級別,這種時間是如何算出的?

        唐軍:由於要與“天宮一號”對接,神九發射為“零窗口發射”,時間精度要求非常高。

        我們提供“時統設備”。“就像打仗的時候,指揮員總是要求大家‘對表’,這就要求有一個統一的時間,確定一個時間之後,要求大家是同步的。”相關專家趙曉虎介紹,設備主要分佈在北京航天指揮中心、酒泉衛星發射中心、西安、青島、廈門、遠望號測量船等各個航天測控站點,如何做到時間的統一,由時統設備“做主”,“我們的時統設備時間誤差概率是到3000年誤差不超過一秒。”

        CNTV:請問是神九發射是如何保證“萬無一失”的?

        唐軍:神九發射倒計時任務,採用了借助了最新的“T0控制臺”。為了對此次神九的成功發射進行“雙保險”,T0控制臺首次使用了“雙通道”、雙處理的新模式。通俗來説,比如要向火箭發射點火指令,原來是一條通路,為了保險起見,這次用了兩條通道,實現通路備份。指令發出後,點火是否成功,是否成功起飛,何時起飛,這些信息要反饋回來,也是採用雙通道,“以確保任務萬無一失,避免傳輸受阻或失敗,否則後面就會亂套。未建立雙通道,一旦出現故障,最好的情況是火箭發射失敗,但還矗立在發射塔;最可怕的是,火箭發射出去了,但相應數據並沒傳回來,直接影響啟動下一步設備以及對飛船的進一步控制。

        CNTV:“酒泉雷達跟蹤正常!”,“渭南雷達跟蹤正常!”,“太原雷達跟蹤正常!”,“青島雷達跟蹤正常”。在神九發射時,我們經常可以聽到指揮大廳報告各個雷達站的觀測狀態,請問這些雷達站的跟蹤觀測是如何實現的?

        唐軍:靠無線電波工作的雷達分兩種,一種是“反射式跟蹤”,另一種是“應答式跟蹤”。通俗地説,“反射式跟蹤”式雷達,工作方式就是“自問自答”:雷達發射無線電信號,遇到飛船後反射回地面,幫助控制中心了解飛船的飛行軌跡。這個過程就像是雷達在自己“提問”,自己找答案。而應答式跟蹤式雷達,工作方式是“一問一答”:雷達發出信號,神舟飛船上的應答機接受到之後,又返還一個信號給地面雷達測控站,這個過程就像是雷達發問:“你在哪兒呢?”神舟飛船回答:“我在這兒呢!”這些雷達作用高度有多高呢?中國電子科技集團公司研究員級高工馮兵介紹,“反射式跟蹤”式雷達探測距離在幾百千米,應答式跟蹤式雷達能達到數千千米。所以現在美國的火星探測計劃,也是靠這種雷達,跟蹤監測火星探測器。我們的神九飛船進入軌道的高度在距離地球200千米~220千米,所以雷達“看”到它輕輕鬆鬆。

        CNTV:神九與天宮手動對接是如何保證精確的?

唐軍:神九與天宮一號對接和神八相比不同的是要進行手動交會對接。航天員的手動操作要依據測控提供的精準數據和信息。“要想成功交會對接,需要通過天地之間的遙測,高精度定軌,必須知道“天宮”一號的倉口在哪兒,“神舟”九號的倉口在哪,要對準,誤差不超過1毫米。這就對中國電科負責的地面監測站提出了極高的要求。”

        太空中的“天宮”一號目標飛行器和“神舟”九號飛船都是高速運行的,時速達到28000公里以上。在對接過程中,一個很小的誤差,也會讓飛船拋向離目標飛行器很遠的地方,或者,期待的“接吻”會變成可怕的“追尾”。

        飛船在宇宙高速飛行,要求精度極高,地面監測站需要實時對飛船進行測控。測控包括測量與控制兩個方面,測量就是對飛船的位置、速度、飛行姿態等進行觀測分析,控制指的是對飛船的飛行姿態、軌跡、速度等進行調節。

        “地面站會不斷發射、接收電波,通過計算飛行器距地球距離和電波傳輸速度對飛行器位置進行測量。

        CNTV:現實生活中,我們可以借助手機網絡或互聯網實現視頻通話。神九三名航天員進入太空後,也可以與家人進行視頻通話,請問這是如何實現的?

        唐軍:通過我們研製的設備,可以實現視頻圖像的雙向傳遞,讓航天員和地面人員進行實時圖像交互,這也是神舟九號與之前飛船相比不同的地方。此前,神舟八號因為是無人對接,沒有真正使用這一功能。

        飛船上的視頻信號傳輸下來,地面站的天線進行接收,再通過IP網傳輸到指揮中心,這樣在指揮中心我們就能看到航天員的樣子了。地面指揮中心的視頻傳到飛船上,就是這個過程的逆向。

        能夠實現視頻圖像雙向傳遞,意義重大,這讓飛船和地面之間溝通交流更加通暢了,互動性也更強了。第一,航天員在天宮一號內進行操作實驗時,航天飛行控制中心的專家可以通過視頻對其進行指導;第二,這次航天員在太空停留的時間較長,實現雙向視頻傳遞,讓航天員看到飛行控制中心的情況,甚至能夠與親人們實現面對面交流通話,從而消除他們的寂寞感,讓航天事業更加人性化。

        CNTV:請問我們從地面上是如何得知遠在太空的航天員的身體狀況的?

        唐軍:此次神九飛天,坐在上面的3名宇航員的心跳、體溫、呼吸等多項體徵數據時刻處於地面的監控之中。相隔萬里之遙,我們卻能感受航天員的心跳。這主要是中國電科研製的心電傳感器的功勞。對航天員體徵實施密切監測的心電傳感器第一次應用於神九。心電傳感器的外形與普通醫用心電設備相似,但重量更輕、精度與可靠性表現更為卓越,在航天員執行任務的全過程不間斷地提供多項重要體徵數據,通過與其它監測信息匯總,可以得出一系列重要分析結果以供參考。

        科研人員對神州九號使用的部分産品進行了優化,通過改良傳感器外殼材料,改進感應探頭結構等方法,進一步提高了傳感器對航天員體徵變化的響應速度,能夠更加快速準確的反饋航天員的健康情況,為及時處理各種突發事件和航天員體徵異常等情況爭取寶貴時間。

        為了追求部分産品外形的精密要求,工藝人員在樣品製作過程中,甚至放棄使用通用製造設備,依靠精湛的技藝手工製作,達到了機械設備難以滿足的技術和精度要求。

        CNTV:在神九發射時,我們看到有一個過程是“逃逸塔分離”,請問“逃逸塔”的作用是什麼?它是如何工作的?

        唐軍:“火箭在發射過程中的軌跡、高度、加速度、速度等,由外測安全系統來測量,我們在火箭外側安裝了兩個‘應答機’。” 根據這個設備可以判斷火箭是否按預設軌跡運行。外測安全系統還有一個重要作用,就是在危險時刻保障航天員安全逃逸。在逃逸塔上裝載有逃逸指令接收機,一旦發射或升空的過程中發生意外,地面將發出逃逸指令,該系統接到指令後,將啟動安全逃逸裝置,逃逸塔高達70余噸的推力,能在數秒內把飛船“拽”到1.5公里開外,幫助航天員瞬間逃生。

熱詞:

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