“天宮一號(微博)”與“神舟九號”成功交會對接。
中國青年報4月14日消息，“長征七號”首飛、“天宮二號”發(fā)射、“神舟十一號”載人飛行——對于北京航天飛行控制中心來說，2016年將是重大任務(wù)接踵而至的一年。
這個位于北京西北郊外、在普通人眼中頗為神秘的機(jī)構(gòu)剛剛度過了自己20歲生日。它被稱為中國載人航天和深空探測工程的“神經(jīng)中樞”。在歷次重大任務(wù)中，所有的指令都從這里發(fā)出，所有的數(shù)據(jù)都在這里匯聚，所有的信息都從這里傳輸。一旦出現(xiàn)意外，應(yīng)急決策也將在這里產(chǎn)生。
“如果把飛行器比作風(fēng)箏，那么牽風(fēng)箏線的就是北京飛控中心。當(dāng)然，這根線是看不見的?！敝袊茖W(xué)院院士葉培建介紹，通過遍布在全球的測控網(wǎng)，北京飛控中心可以監(jiān)測飛行器的狀態(tài)、遙控飛行器完成各種動作、實(shí)現(xiàn)地面與航天員的音視頻通話、圖像回傳等。
“沒有北京飛控中心優(yōu)質(zhì)的工作，我們是完不成這么多航天任務(wù)的?！比~培建說。
“神舟一號”發(fā)射時，他們的平均年齡只有28歲。
科技人員在執(zhí)行“神舟八號”任務(wù)。
任務(wù)準(zhǔn)備期間，46歲的北京飛控中心副主任李劍再次走進(jìn)指揮大廳。在這座頻繁出現(xiàn)在聚光燈下的現(xiàn)代化大廳里，李劍聽過任務(wù)成功時同事們爆發(fā)的掌聲與歡呼聲，也見過老一代科學(xué)家喜極而泣的場景。
20年里，北京飛控中心多次成為世界矚目的焦點(diǎn)。從1999年執(zhí)行“神舟一號”首飛任務(wù)至今，中心圓滿完成歷次載人航天、交會對接和4次探月工程任務(wù)，保持著100%的飛控成功率。
李劍見證了北京飛控中心從無到有的發(fā)展歷程。1992年，我國決定實(shí)施載人航天工程，代號“921工程”，并定下“爭八保九”的目標(biāo)，即爭取在1998年、保證在1999年進(jìn)行第一次飛船發(fā)射試驗(yàn)。
1996年3月，北京飛控中心成立，第一座飛控大樓在西北郊外的稻田中破土動工。李劍就在這時從西安衛(wèi)星測控中心調(diào)到北京飛控中心工作。他記得，飛控大樓孤零零地立在田野中，“找了好幾個出租車司機(jī)都不知道有這個地方”。
當(dāng)時有人用“三無”來形容這個剛剛成立的中心：沒有一臺現(xiàn)成用于載人航天任務(wù)的設(shè)備，沒有一行可用的軟件代碼，沒有一本完整的飛控方案。
更緊迫的是缺人，幾個老同志帶著剛剛招聘的大學(xué)生，“大學(xué)生腦子里跟白紙一樣，連飛船長什么樣都不知道”。
“中國載人航天工程會不會因?yàn)楸本╋w控中心建設(shè)的速度而推遲？”一些領(lǐng)導(dǎo)表達(dá)了自己的擔(dān)憂。
“雖然時間非常緊迫，但是有效利用時間的主動權(quán)卻掌握在我們手里?！边@批飛行控制領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)者每天活躍在飛控大廳、食堂、宿舍的三點(diǎn)一線之間，眼睛熬得通紅。
“有時兩三個月出去一次，忽然發(fā)現(xiàn)航天城外面多出來一條馬路，一問才知道是新修的。人家肯定會想，你是火星來的吧？”李劍笑著自嘲。
神舟一號飛船發(fā)射資料圖
回過頭看，李劍認(rèn)為“神舟一號”發(fā)射前的3年對他們來說是一段艱難的歲月。人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，軟件平臺尚未建成，大量工程問題暴露出來，一切都在摸索之中。
就是在這樣的背景下，這群開拓者穿梭在大大小小的儀器設(shè)備和蛛絲般粗細(xì)不同的電纜、插頭間，在一次次試驗(yàn)摸索中，研制出了第一代一體化航天飛行控制平臺，用以支持多種型號任務(wù)、多目標(biāo)測控的需要。
漸漸地，這群青澀的大學(xué)生發(fā)現(xiàn)，與那些在其他單位當(dāng)學(xué)生、做助手的同學(xué)相比，他們大多處在各自領(lǐng)域的關(guān)鍵崗位上，甚至具備了獨(dú)當(dāng)一面的能力。
1999年11月20日，“神舟一號”飛船如期在酒泉航天發(fā)射場發(fā)射升空。指揮大廳里的人們沉浸在一片興奮之中，他們互相擁抱，用力鼓掌，有人還激動得流下眼淚。此時，這個創(chuàng)造了奇跡的年輕群體平均年齡只有28歲。
北京飛控中心副主任李劍。
時刻準(zhǔn)備化解危機(jī)的日子有一種迷人的魅力
2003年10月15日~16日，中國首位進(jìn)入太空的航天員楊利偉巡天遨游21小時23分鐘，并在飛船上向世界發(fā)出來自中國的問候。
這是永載中華民族史冊的一刻，中國進(jìn)入了載人航天的新時代。從技術(shù)角度講，由于人的出現(xiàn)，相關(guān)的保障更加復(fù)雜，對飛控提出了更高的要求。
“人命關(guān)天，必須確保萬無一失。”李劍說。
但要做到萬無一失太難了。他記得，“神舟一號”任務(wù)時，飛船飛行至第14圈時突然不執(zhí)行中心發(fā)出的數(shù)據(jù)注入指令，如不采取措施，飛船將因失控而偏離軌道，導(dǎo)致返回失敗。
飛控大廳內(nèi)，氣氛陡然凝固。領(lǐng)導(dǎo)命令李劍迅速拿出應(yīng)急方案。在短短30分鐘內(nèi)，他與同事仔細(xì)分析測控計(jì)劃，快速完成故障分析、測控條件計(jì)算，提出故障排除方案，并進(jìn)行數(shù)據(jù)注入仿真驗(yàn)證。最終，他在距離飛船返回程序啟動僅剩最后10秒時成功注入應(yīng)急數(shù)據(jù)，使飛船按預(yù)定計(jì)劃順利返回著陸場。
“載人航天系統(tǒng)太龐大、太復(fù)雜，每次飛船起飛以后，就像有塊石頭壓在胸口，直到任務(wù)成功完成才能落地?！崩顒τ浀?，前幾次載人航天任務(wù)時，每當(dāng)火箭發(fā)射升空時，他的腿總會不由自主地發(fā)抖。
事實(shí)上，北京飛控中心的科技人員對風(fēng)險有一種高度的警惕，他們花在風(fēng)險控制上的時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于正常任務(wù)的時間。
從“神舟二號”任務(wù)開始，李劍帶領(lǐng)課題組開發(fā)出“天地一體化飛行控制驗(yàn)證體制”，在任務(wù)實(shí)施前，用正樣飛船、航天員乘組、實(shí)戰(zhàn)軟件和真實(shí)測控設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證，相當(dāng)于把天上的任務(wù)先在地上演練一遍，把問題發(fā)現(xiàn)、解決在地面。
據(jù)李劍介紹，總體室的小伙子高宇輝用近8年時間研發(fā)了一套航天器故障診斷系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確預(yù)判航天器故障和參數(shù)越界現(xiàn)象?！爸灰桓婢?，值班人員就會注意故障，大大提高了人對航天器的掌控能力”。
在李劍看來，“神舟一號”任務(wù)和交會對接任務(wù)是北京飛控中心技術(shù)攻關(guān)最艱難的兩個時期，也是風(fēng)險管控壓力最大的兩個時期。
2012年6月18日，“神舟九號”與“天宮一號”進(jìn)行首次載人交會對接。載人交會對接飛控事件密集，每一次控制都會有風(fēng)險。
控制是根據(jù)協(xié)同工作程序?qū)嵤┑?。傳統(tǒng)的協(xié)同程序編排依靠人工，“加在一起上百萬字”，不僅容易出錯，而且無法進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。
博士邢錦江主動請纓，在短時間內(nèi)突破多個關(guān)鍵問題，開發(fā)出一套載人航天飛行任務(wù)飛控協(xié)同自動規(guī)劃與輔助決策支持系統(tǒng)，“原來需要幾個人干幾個月的工作，現(xiàn)在只要把配置文件做好，按一個鍵，十幾分鐘就能出結(jié)果”，大大提高了效率和應(yīng)急處理能力。
按照規(guī)劃，交會對接整個過程用時7分鐘。李劍記得，為了這7分鐘不出任何差錯，總體室做了50多個監(jiān)視頁面，60多種預(yù)案。這些預(yù)案就像一張隨時待命的大網(wǎng)，時刻準(zhǔn)備著化解每一個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的危險。
在大家的努力下，“神舟九號”與“天宮一號”順利完成我國首次載人交會對接。
李劍時常想起一次對話。“神舟三號”任務(wù)時，他問老領(lǐng)導(dǎo)席政：“這次任務(wù)，您覺得會出問題嗎？”
“你就把心放在肚子里吧，沒有問題！就是出了問題，我們也能解決！”時任中心主任的席政非常堅(jiān)定地告訴他。
這種信心源自哪里？李劍曾無數(shù)次問自己。“我想是建立在我們對任務(wù)精益求精的準(zhǔn)備和多次任務(wù)的磨練基礎(chǔ)之上，是建立在我們對飛控任務(wù)越來越熟悉、對飛控技術(shù)越來越有自信之上的?！?/p>
后來執(zhí)行任務(wù)時，他會認(rèn)真閱讀每一行應(yīng)急預(yù)案，但不再惴惴不安，而是變得像老領(lǐng)導(dǎo)一樣氣定神閑?！帮w控不僅是技術(shù)，更是藝術(shù)?！笔畮啄陙?，席政的這句話一直銘記在他的心中。
對于隨時可能出現(xiàn)的風(fēng)險，他也有自己的理解：“每一次應(yīng)急處置都是一次挑戰(zhàn)，時刻準(zhǔn)備迎接挑戰(zhàn)，享受化解危機(jī)帶來的成就感，這也正是這個事業(yè)的魅力所在。”
探月工程的實(shí)施，關(guān)鍵在飛控，成敗在飛控。
在實(shí)施載人航天工程的同時，中國人還將目光投向距離地球38萬公里的月球。
2004年春，我國繞月探測工程正式立項(xiàng)，決定實(shí)施“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略。探月工程的測控任務(wù)落到了成立8年的北京飛控中心肩上。
在此之前，中國發(fā)射的飛行器最遠(yuǎn)測控距離約8萬公里。而嫦娥衛(wèi)星要飛過38萬公里的遙遠(yuǎn)旅程。有領(lǐng)導(dǎo)提出，探月工程的實(shí)施，“關(guān)鍵在飛控，成敗在飛控”。
迄今為止，北京飛控中心已經(jīng)圓滿完成4次嫦娥衛(wèi)星測控任務(wù)。談起這4次任務(wù)，53歲的北京飛控中心總工程師周建亮如數(shù)家珍。
“‘嫦娥一號’衛(wèi)星是中國第一次飛出地球的航天器，意義怎么講也不過分?！敝芙琳f。當(dāng)“嫦娥一號”傳回首幅月球全圖時，他覺得“神話般的事情在我們手里做成了”，非常有成就感。
對于“嫦娥二號”，周建亮也有一個頗為形象的評價：“它是一顆出身卑微、夢想遠(yuǎn)大的衛(wèi)星?！?/p>
“嫦娥二號”原本是“嫦娥一號”的備份星，“輩分很低，是坐冷板凳的”。由于“嫦娥一號”任務(wù)圓滿完成，它又升級為探月二期工程的先導(dǎo)星，核心使命是對“嫦娥三號”衛(wèi)星落月點(diǎn)——虹灣區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)勘察。
為此，“嫦娥二號”從200公里的繞月軌道降到近月點(diǎn)距月面僅15公里的成像軌道，最終獲得接近1米分辨率的影像。這次軌道控制的成功，標(biāo)志著我國航天測控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了新的突破。
由于軌道控制精確，完成任務(wù)后的“嫦娥二號”仍剩余充足的燃料。在中心的控制下，“嫦娥二號”從月球軌道向距離地球150萬公里的拉格朗日L2點(diǎn)進(jìn)發(fā)。在那里，它拍攝到每隔4年接近地球一次的“圖塔蒂斯”小行星，創(chuàng)造了人類第一次近距離“觀察”“圖塔蒂斯”的紀(jì)錄。
隨后，超期服役的“嫦娥二號”燃料耗盡，飛向太空深處。從一顆地球衛(wèi)星（月球）的衛(wèi)星，連升兩級成為繞太陽飛行的小行星，周建亮說，正是北京飛控中心強(qiáng)大的航天測控能力支持著“嫦娥二號”，“不斷追逐夢想”。
2013年12月，“嫦娥三號”實(shí)施中國首次月球軟著陸任務(wù)，再一次展現(xiàn)了北京飛控中心強(qiáng)大的關(guān)鍵技術(shù)突破能力。
“巡視器的控制跟在軌飛行的航天器控制完全不一樣?！敝芙两榻B，巡視器在月面上行走，時刻跟月面地形打交道，而且月面地形不可能事先了解，因此必須采用一種全新的控制手段——遙操作控制。
他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始了艱難的攻關(guān)?！把惨暺鞯倪b操作控制從來沒有過先例，地形重建、視覺定位、路徑規(guī)劃等大批新的技術(shù)需要突破?！敝芙两忉屨f，“這是非常密集的關(guān)鍵技術(shù)突破，難度非常大。”
最終，按照遙操作控制方法，巡視器采用視覺導(dǎo)航，安裝3對相機(jī)拍照。中心根據(jù)回傳照片合成三維月面地形，并在地形圖上規(guī)劃巡視器的行駛路徑，繞避開各種障礙。
此外，他們還創(chuàng)新了多體制深空干涉測量數(shù)據(jù)處理技術(shù)，為探月軌道確定和月面高精度定位提供了新手段；實(shí)現(xiàn)了三維可視化技術(shù)，通過實(shí)時數(shù)據(jù)驅(qū)動，把38萬公里外的月球拉近到眼前，讓決策人員直觀地觀看“玉兔”在月球上的一舉一動；突破了月面探測機(jī)械臂運(yùn)動控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)月面就位探測的高精度控制，探測距離精確控制至毫米級。
最終，“嫦娥三號”成功實(shí)施我國首次月球軟著陸任務(wù)，著陸器和巡視器實(shí)現(xiàn)了精彩互拍，并傳回從月球上拍攝的第一張五星紅旗的照片?！版隙鹑枴比蝿?wù)取得圓滿成功，中國成為繼美國、蘇聯(lián)之后第三個實(shí)現(xiàn)月面軟著陸的國家。
好消息一個接一個傳來。2014年，再入返回飛行器試驗(yàn)圓滿成功，探月工程三期拉開序幕。周建亮覺得，中國人距離探月工程成功越來越近。
目前，周建亮正在進(jìn)行“嫦娥五號”采樣返回任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，“剛剛啟動了軟件的開發(fā)和飛控實(shí)施方案初稿的編寫，考驗(yàn)還在后頭”。
再過二十年 大家再相會
在平均年齡為34歲的一線科技人員群體為新的任務(wù)奮戰(zhàn)時，一群頭發(fā)花白的老人再次來到北京飛控中心。他們都是曾在這里工作過的退休干部，前來參加中心成立20周年座談會。
“跟別人聊工作經(jīng)歷，我首先必然會說我是北京飛控中心的人，這是全社會為之向往的地方?！痹行睦项I(lǐng)導(dǎo)張聲遠(yuǎn)說。這次參加座談會，他特意穿上了“神舟一號”任務(wù)前發(fā)的工作服，引來一片羨慕的眼光。
這些老人會前參觀了北京飛控中心20年發(fā)展圖片展，不時指著一張圖片高聲交談?！昂枚辔覀冊瓉硐胱霾桓易龅氖?，你們都做成了！”原中心一室高級工程師王方德不禁感慨。
20年里，北京飛控中心圓滿完成10次神舟飛船、“天宮一號”任務(wù)，完成“嫦娥一號”“嫦娥二號”繞月探測、“嫦娥三號”落月巡視探測以及再入返回飛行試驗(yàn)任務(wù)。
此外，他們還突破了一系列載人航天和探月工程飛控關(guān)鍵技術(shù)，形成了一套規(guī)范高效的飛控任務(wù)組織實(shí)施模式，構(gòu)建了性能先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定的飛控任務(wù)系統(tǒng)。20年里，科技人員先后自主研發(fā)了兩代飛控軟件系統(tǒng)，目前正在研制自主可控的第三代軟件系統(tǒng)。
更寶貴的是，一批高水平的青年科技骨干已經(jīng)在飛控領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。博士后科研工作站、航天飛行動力學(xué)技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也先后在北京飛控中心落地。
航天員劉旺不久前與國外同行和科研人員交流，發(fā)現(xiàn)對方不僅稱贊中國的技術(shù)，更稱贊中國載人航天科研人員的年齡結(jié)構(gòu)。李劍也曾聽說，俄羅斯一位退休的航天中心主任來參觀后感慨：“你們有這么多黑頭發(fā)的航天測控人，真讓人羨慕！”
對于未來，這群充滿干勁兒的科研人員也已經(jīng)做好了準(zhǔn)備。據(jù)北京飛控中心主任陳宏敏介紹，中心過去的20年先后經(jīng)歷了艱苦奮斗、創(chuàng)建起步，完善功能、實(shí)現(xiàn)突破，開辟領(lǐng)域、使命拓展，攻堅(jiān)克難、全面提高4個發(fā)展階段?，F(xiàn)在中心已進(jìn)入了面向未來、創(chuàng)新發(fā)展的嶄新階段。從2016年~2022年，中心將連續(xù)執(zhí)行載人航天工程、探月工程以及自主火星
