編者按：凝聚“三高”全面發(fā)展的思想共識，匯聚“三高”全面發(fā)展的強(qiáng)大合力。今天的《“三高”全面發(fā)展進(jìn)行時》專欄為大家介紹五院502所沿著自動化、數(shù)字化、智能化的軌跡砥礪奮進(jìn)的征程。

“高質(zhì)量保證成功、高效率完成任務(wù)、高效益推動航天強(qiáng)國和國防建設(shè)”是中國航天科技集團(tuán)有限公司完整、準(zhǔn)確、全面貫徹習(xí)近平總書記新發(fā)展理念的重要舉措。集團(tuán)公司黨組書記、董事長吳燕生指出，“三高”全面發(fā)展必須走科技自立自強(qiáng)之路，自主創(chuàng)新是中國航天事業(yè)發(fā)展壯大的成功密碼，自立自強(qiáng)是中國航天事業(yè)跨越騰飛的必然路徑?；赝麃頃r路，在黨中央堅強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，以《1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要》提出的“四項緊急措施”為源起，五院502所沿著自動化、數(shù)字化、智能化的軌跡砥礪奮進(jìn)。踏上新征程，502所秉承技術(shù)立所、管理強(qiáng)所理念，勇?lián)臻g控制技術(shù)引領(lǐng)者使命，加快推進(jìn)自動化、數(shù)字化、智能化技術(shù)發(fā)展，為實現(xiàn)“三高”發(fā)展目標(biāo)提供了有力支撐。

自立自強(qiáng)打造自動化航天控制中國方案

筑牢“三高”發(fā)展的堅實基礎(chǔ)

在毛主席“我們也要搞人造衛(wèi)星”的偉大號召下，從參與東方紅一號衛(wèi)星研制起步，502所始終堅持以國家型號任務(wù)需求為己任，立足自主可控，打破國外封鎖，先后突破了一系列航天自動控制關(guān)鍵核心技術(shù)，形成了先進(jìn)的姿軌控方案設(shè)計、技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)制造能力，以高品質(zhì)系統(tǒng)和高可靠產(chǎn)品推動我國航天事業(yè)從跟跑向并跑、領(lǐng)跑轉(zhuǎn)變。

堅守初心，耕耘航天控制“南泥灣”。從東方紅一號衛(wèi)星自旋穩(wěn)定控制，到東方紅二號衛(wèi)星雙自旋穩(wěn)定控制、東方紅三號地球靜止軌道三軸穩(wěn)定控制、東方紅四號衛(wèi)星成功邁入國際市場，再到東方紅五號超大型衛(wèi)星平臺能力和技術(shù)指標(biāo)全面處于國際先進(jìn)，502所逐步探索出一條具有中國特色的衛(wèi)星研制道路，以制導(dǎo)、導(dǎo)航、控制技術(shù)為核心，推進(jìn)、機(jī)電、光電、電子和軟件等專業(yè)為支撐，建立了完整的空間控制系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)體系，研制的姿軌控計算機(jī)、二浮陀螺、星敏感器、雙組元推進(jìn)系統(tǒng)等在軌成功應(yīng)用，使我國衛(wèi)星控制技術(shù)不斷邁上新臺階。與此同時，通過核心技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)了從控制系統(tǒng)方案設(shè)計到敏感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等核心單機(jī)產(chǎn)品及配套測試設(shè)備的全面國產(chǎn)化，確保技術(shù)見底、品質(zhì)可控。今年年初發(fā)布的SpaceOS—天卓操作系統(tǒng)以精、快、信、活、智的特點，適應(yīng)了航天器網(wǎng)絡(luò)化、智能化、可擴(kuò)展、高可信的迫切需求，廣泛應(yīng)用于載人航天、通信衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航、深空探測等航天重大工程任務(wù)，通過技術(shù)創(chuàng)新有力支撐了“三高”發(fā)展。

精益求精，樹立中國航天“里程碑”。載人航天、月球探測、火星探測等國家重大工程意義重大，必須確保萬無一失。面對國外技術(shù)全面封鎖的不利環(huán)境，幾代502所干部職工不負(fù)黨和國家重托，走出了一條獨立自主的技術(shù)發(fā)展路線，讓高水平自動控制技術(shù)成為中國航天的制勝法寶和定海神針。以載人航天為例，502所幾代人接續(xù)完善基于特征模型的相平面自適應(yīng)控制方法，發(fā)展的自主快速交會對接技術(shù)更是以耗時短、對接精度高、自動化程度高的顯著特點，大幅提升人員和貨物運(yùn)輸效率；以自主自適應(yīng)預(yù)測制導(dǎo)為特點的再入返回技術(shù)，使開傘點精度屢創(chuàng)新高，大幅提升了航天器和航天員返回的安全性。在探月工程中，攻克了地外天體軟著陸和巡視探測、月面上升起飛和月球軌道交會對接等關(guān)鍵技術(shù)，完美實現(xiàn)了“繞、落、回”三步走規(guī)劃。在探火任務(wù)中，憑借預(yù)測校正制導(dǎo)，慣導(dǎo)與圖像、測距測速融合的自主導(dǎo)航與控制，實現(xiàn)了我國航天器從地月系到行星際的跨越。

牢記使命，矢志不移追逐“航天夢”。航天強(qiáng)國建設(shè)，既要有“量”的支撐，更要有“質(zhì)”的保證。面對航天器大規(guī)模研制、運(yùn)行以及應(yīng)用模式、任務(wù)復(fù)雜度急劇提升的態(tài)勢，傳統(tǒng)以地面測控為主的航天器運(yùn)行管理模式已難以適應(yīng)發(fā)展需求，航天器完全利用自身的軟硬件設(shè)備自主完成飛行任務(wù)要求的各項功能和操作、實現(xiàn)全自主控制成為了發(fā)展趨勢。502所突破了不依賴人造信標(biāo)的自主導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)，在深空探測、重大專項工程、各類衛(wèi)星中得到成功應(yīng)用。在自主導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，設(shè)計了衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道段自主變軌、工作軌道段自主軌道維持等先進(jìn)應(yīng)用策略，極大減輕地面測控壓力，一鍵式入軌在未來指日可待。針對航天器長期在軌穩(wěn)定可靠運(yùn)行的迫切需求，突破了航天器控制系統(tǒng)可診斷與可重構(gòu)性設(shè)計、天地一體化故障診斷與重構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)，保證系統(tǒng)實現(xiàn)“一重故障保業(yè)務(wù)、兩重故障保安全”，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，顯著提升了天基系統(tǒng)的可靠性。

堅定不移推動數(shù)字化宇航能力穩(wěn)步提升

鍛造助推”三高“發(fā)展的善事利器

以現(xiàn)代化、信息化、智能化為特征的復(fù)雜航天器呈現(xiàn)出任務(wù)量大、研制周期短、創(chuàng)新性強(qiáng)、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)密集等特征，傳統(tǒng)的基于零散工具的方案設(shè)計方式和基于手工編碼的研制和驗證模式無法適應(yīng)任務(wù)需要。同時，大規(guī)模在軌運(yùn)維工作和未來操控領(lǐng)域應(yīng)急處置等需求，對地面數(shù)字系統(tǒng)的在軌故障復(fù)現(xiàn)、應(yīng)急方案生成的快速性和可信度提出了更高要求。按照集團(tuán)公司關(guān)于全面建設(shè)“數(shù)字航天”的戰(zhàn)略部署，502所堅持把數(shù)字化作為提升基礎(chǔ)能力的重要方向，持續(xù)打造“AOCS設(shè)計仿真數(shù)字化平臺”，以“知識模型化、模型工具化、工具平臺化、平臺智能化”為手段，不斷提升GNC系統(tǒng)的專業(yè)研發(fā)能力和新技術(shù)集成展示能力。

知識經(jīng)驗?zāi)Ｐ突?，以平臺傳承技術(shù)。傳統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗存儲于“人腦”，一方面缺少知識經(jīng)驗轉(zhuǎn)移重用的機(jī)制與手段，另一方面呈現(xiàn)知識經(jīng)驗碎片化，缺乏對研制過程數(shù)據(jù)進(jìn)行捕捉、管理和處理的能力，不同設(shè)計師之間依賴“傳、幫、帶”傳統(tǒng)，缺乏信息共享，易形成“信息孤島”。502所充分利用數(shù)字化、信息化手段，將“人腦”存儲的知識碎片熔煉成“AOCS設(shè)計仿真數(shù)字化平臺”。首先，將龐大的現(xiàn)有知識分類定標(biāo)、去蕪存菁，形成知識模型庫，將基礎(chǔ)夯實；其次，以模型為基礎(chǔ)形成各類設(shè)計仿真工具軟件，實現(xiàn)各類知識模型固化落地，將理論做實；最后，將工具分類集成到平臺中。目前已形成包含近地、交會、深空探測三大領(lǐng)域的設(shè)計經(jīng)驗知識庫，以平臺承載能力將體系做優(yōu)，全面解決了控制系統(tǒng)設(shè)計工作中的知識散、效率低、成本高等問題。

仿真測試無人化，以工具提速增效。基于502所自研的專業(yè)數(shù)字化工具，將航天器GNC全流程工作進(jìn)行體系整合，形成強(qiáng)大的系統(tǒng)構(gòu)建和仿真測試能力，滿足各類型號研制需求，最大限度實現(xiàn)成熟環(huán)節(jié)復(fù)用。在型號研制中，基于柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)、敏感器模型等一系列高保真數(shù)字化模型集，通過“拖拽模型—自動連線—加載配置”的簡單步驟，能夠快速形成項目工程。以北京三號衛(wèi)星數(shù)字化仿真測試為例，800多種工況利用平臺工具實現(xiàn)了高性能集群打靶仿真，仿真時間由5小時縮短至50秒，顯著提升了仿真測試的“高效率”。在當(dāng)前型號任務(wù)數(shù)量急劇增加的形勢下，該數(shù)字化平臺讓設(shè)計師能夠?qū)⒕Ω嗟鼐劢沟饺蝿?wù)核心難點，既能有效支撐航天MBSE快速開發(fā)模式，又能以無人值守仿真測試解放人才資源，助力企業(yè)研發(fā)“高效益”。

任務(wù)場景立體化，以虛擬贏得現(xiàn)實。伴隨著空間能力的快速拓展，未來的航天器任務(wù)涉及高動態(tài)目標(biāo)測量與智能感知識別、自主任務(wù)規(guī)劃與決策、空間操控與在軌服務(wù)等新興方向，關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與地面驗證高度融合，數(shù)字化仿真演示驗證手段和能力亟須從平面曲線向多維場景拓展。同時，面向未來智能航天新需求，充分考慮對人工智能算法的擴(kuò)展性，初步提出AOCS設(shè)計仿真數(shù)字化平臺的升級建設(shè)構(gòu)想，支持開展智能控制場景訓(xùn)練在航天GNC系統(tǒng)的應(yīng)用研究，彰顯航天器控制領(lǐng)域創(chuàng)新引領(lǐng)作用。

持續(xù)不斷謀求智能化前沿領(lǐng)域創(chuàng)新突破

引領(lǐng)“三高”發(fā)展再啟新征程

習(xí)近平總書記指出，人工智能是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力。面對未來空間任務(wù)對飛行器控制技術(shù)的巨大挑戰(zhàn)，502所全面對標(biāo)世界航天科技前沿，秉承“銳意創(chuàng)新、引領(lǐng)前沿、敢為人先、建功航天”的理念，開展原創(chuàng)性、顛覆性、牽引性的創(chuàng)新研究，牢牢掌握引領(lǐng)和支持長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)，為國家重大專項等型號任務(wù)提供更高品質(zhì)的控制系統(tǒng)和更加顯著的綜合效益。

航天器智能高品質(zhì)控制實現(xiàn)新跨越。隨著我國向航天強(qiáng)國邁進(jìn)，新質(zhì)航天器對精、穩(wěn)、敏捷等指標(biāo)提出了跨代升級的要求。傳統(tǒng)衛(wèi)星單級控制回路難以實現(xiàn)多目標(biāo)最優(yōu)，航天器高品質(zhì)控制是發(fā)揮新質(zhì)航天裝備更高綜合效能的核心關(guān)鍵，是掌握新一輪全球航天科技競爭戰(zhàn)略主動權(quán)的重要基礎(chǔ)，同時也帶來了航天器控制領(lǐng)域、控制學(xué)科中一系列亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。502所創(chuàng)造性地發(fā)明了聚合分離“三超”控制系統(tǒng)架構(gòu)，提出了“集中消除、多級協(xié)同”的新理念，在星體和載荷之間設(shè)計了“二級控制”，為航天器控制方法帶來新的變革。基于主動指向超靜平臺的多級協(xié)同控制方法，在定姿、控制、穩(wěn)定性分析方面進(jìn)行了完備的研究，主要性能指標(biāo)提高了1~2個數(shù)量級。發(fā)明和研制的主被一體撓性作動器技術(shù)新、性能優(yōu)越、自主可控，是新型先進(jìn)裝置的突破。采用該技術(shù)的北京三號敏捷遙感衛(wèi)星，創(chuàng)造了沿任意航跡推掃成像、一次過境成像最大幅寬等多項新紀(jì)錄，極大提高了觀測效率。

空間智能自主控制技術(shù)呈現(xiàn)新氣象?？紤]到智能自主控制技術(shù)針對復(fù)雜且不確定環(huán)境具有較強(qiáng)的應(yīng)對能力，20世紀(jì)80年代，楊嘉墀院士就指出了大力發(fā)展空間智能自主控制技術(shù)的必要性，為502所控制技術(shù)的發(fā)展指明了方向。經(jīng)過多年發(fā)展，以吳宏鑫院士為代表的502所干部職工提出了特征建模理論、智能自適應(yīng)控制方法、實時故障診斷專家系統(tǒng)SCRDES等我國原創(chuàng)性先進(jìn)理論方法，實現(xiàn)了神舟系列飛船返回開傘點精度、嫦娥五號試驗器月地跳躍式返回再入開傘點精度達(dá)到國際領(lǐng)先水平；實現(xiàn)了載人航天工程所有對接均一次成功，“萬里穿針”橫向位置偏差均達(dá)到厘米級；實現(xiàn)了國際上首次月球自主避障軟著陸，實現(xiàn)了玉兔二號月面地形重建、月面立體視覺導(dǎo)航和巡視控制等。

人工智能時代空間控制迎來新機(jī)遇。以深度學(xué)習(xí)為代表的新一代人工智能技術(shù)的爆發(fā)式進(jìn)步，及其在無人駕駛、圍棋博弈、圖像處理等領(lǐng)域的成功應(yīng)用，對航天人工智能的發(fā)展起到了極大推動作用。2017年國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，智能技術(shù)被視為實現(xiàn)裝備跨代式發(fā)展的關(guān)鍵使能技術(shù)。502所緊跟技術(shù)前沿，在楊孟飛院士帶領(lǐng)下，圍繞地外探測面臨的瓶頸問題和對智能自主的迫切需求，經(jīng)過艱苦技術(shù)攻關(guān)，提出了適用于地外探測任務(wù)場景的原創(chuàng)性智能方法與技術(shù)，并取得了初步成果，比如具有推理和學(xué)習(xí)能力的空間無人系統(tǒng)智能架構(gòu)，未知環(huán)境下狹小容器內(nèi)自然樣品采集裝箱等。展望未來，通過發(fā)展航天人工智能技術(shù)，推動航天裝備設(shè)計理念和應(yīng)用模式變革，真正意義上實現(xiàn)理解任務(wù)、洞察環(huán)境、最優(yōu)決策、靈巧操控，實現(xiàn)航天裝備的跨代發(fā)展。

實干創(chuàng)造輝煌，奮斗成就偉業(yè)。踏上全面建設(shè)航天強(qiáng)國新征程，502所將樹牢“惟有成功才能專注發(fā)展，惟有奮斗才能實現(xiàn)發(fā)展，惟有創(chuàng)新才能持續(xù)發(fā)展”理念，全面系統(tǒng)準(zhǔn)確把握“高質(zhì)量、高效率、高效益”發(fā)展要求，矢志追求工作一流、過程一流、結(jié)果一流，持續(xù)激發(fā)改革發(fā)展新活力，努力駕馭好時代之變、科技之變，全力完成好以空間站建造為代表的各項任務(wù)，以實際行動迎接黨的二十大勝利召開。