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19日3時31分,神舟十一號載人飛船與天宮二號空間實驗室在距地面393公里的軌道高度成功實現自動交會對接。
如何判斷變軌效果是否符合預期?怎樣準確掌握飛船的軌跡,引導飛船和天宮進行交會對接?地面科技人員如何“算計”九天外的無數“未可知”?數據處理、軌道計算、控制策略……每一項都不簡單。
定軌:太空接力第一棒
飛控任務接力的第一棒是從“船箭分離”開始的,快速準確計算出飛船在茫茫太空中的位置，判別其是否成功入軌,這是后續一切活動的基礎。
“飛船踏入太空那一刻,我們就要進行精確定軌,知道它在哪里?！?軌道計算主任設計師張宇說。所謂精確定軌,就是在航天器上天以后,利用陸海天基各個測控站回傳的跟蹤測量信號,通過一系列算法計算出它的精密位置和速度。
北京飛控中心軌道室主任謝劍鋒告訴科技日報記者,為提高定軌的速度和精度,飛控中心自主研發了高精度定軌軟件,“精度最高可以達到10米量級,在世界范圍內也是處于領先水平?！?/FONT>
通過計算軟件,工程師們設置好相關參數,對數據進行處理后,輸入相關命令就可以快速計算出初軌根數,再經過軌道選優最后定軌,整個過程看起來毫不費力。
“事實上,每一次任務我們都要精細建模?！睆堄钫f,要達到航天任務的精度要求,在建模過程中就要細之又細,不但要考慮航天器的幾何結構和實際飛行姿態,還要綜合考慮空間環境的影響因素如高層稀薄大氣阻力、地磁指數等,“影響的參數變量粗略地估計不到一百個吧?！?/FONT>
這些參數最基本的有效位都要達到小數點后6位,在實際計算過程中還要反復確認這些參數變量。
預報:一個月后的事情全知道
“就好比風箏在天上飛,軌道崗位確定了當前風箏的位置,我們就能計算出,接下來的每一秒風箏會往哪里飛”, 預報崗位主崗顏華如是描述自己的工作。
每一次任務,顏華和她的同事們都要做幾十套各類軌道預報文件,通過海量的航天軌道數據處理,準確預知和判斷升空后的飛船是否按照預定軌道飛行。
事實上,空間實驗室任務中需要攻破的一個重要“難關”,就是對天宮二號運行軌道進行精確預報。早在2015年初,大家就意識到,在393公里的嶄新交會對接軌道,對接前20余天就要對天宮軌道進行準確預報等復雜環境下,如何提高長時間軌道預報精度是全新的挑戰。
對此,飛控中心提出對預報方法進行改進,建立起更為精確的預報模型和參數,并集中攻關?！伴L周期的預報,要求精度是84度正負8度的偏差,現在我們能做到只有1度偏差?！睆堄钭孕诺馗嬖V記者,接下來的目標是提升到0.5度的偏差,“就好像提前一個月進行天氣預報,還報得準當天是陰晴雨雪?！?/FONT>
控制:“紙上談兵”不容易
神舟十一號飛船入軌后,與天宮二號相距萬里之遙。如何成功牽引神舟十一號飛船抵達相距52公里處天地交班點,5次遠距離導引控制至關重要。為了確保萬無一失,謝劍鋒帶領團隊反復推敲每一個控制細節,認真核對每一個控制策略,充分考慮每一個可能故障,直到確信精準無誤。
在航天器上天之前,軌道控制的準備工作一直是和枯燥的數字打交道。
“準備的方案對不對,都是紙上談談或者自己推演驗算。只有航天器切實在天上飛了,我們才能知道真正的結果?！敝x劍鋒說,對他和同事們來說,最難的事情是在任務準備階段,看不到實實在在的東西,開始做的都是基于建模的推想而已。盡管如此,對航天器的控制,如什么時候工作、什么時候休息,什么時候做什么動作,都必須詳盡列入計劃方案。
