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一次“太空加油”需5天,全靠关键技术突破
2020-02-22 11:26:40  来源: 新华每日电讯13版 【字号 留言】【打印】【关闭

图为北京指挥控制大厅全景。

新华社记者琚振华摄

  新华社北京4月27日电(记者李国利、姜宁、祁登峰)4月27日晚,天舟一号与天宫二号首次推进剂在轨补加试验取得圆满成功。在这次任务中,北京航天飞行控制中心创新突破多项关键飞控技术,为成功实施“太空加油”提供了强大助力。

难题:多目标、多约束、多变化

  太空实施推进剂补加需要考虑两个目标、上百个阀门、几百米长的管路,以及几十种关键设备、软件的控制,整个补加流程包含几十个步骤

  与空中加油相比,“太空加油”高出的不仅是距离地面的高度,更体现在技术复杂程度上。特别是在补加流程的设计上,面临着多目标、多约束、多变化的系统级难题。

  中心飞控总体主任设计师姜萍介绍,在太空实施推进剂补加,涉及到氧化剂、燃烧剂两种推进剂,对设计的安全性、可靠性提出了更严更高的要求;需要考虑两个目标、上百个阀门、几百米长的管路,以及几十种关键设备、软件的控制。此外,整个补加流程包含几十个步骤,每个步骤又包含很多分支及指令,这些步骤和指令层层约束、环环相扣,不能有一处出现错误。

  为了解决这些难题,姜萍和同事们经过两年多集智攻关,创造性地设计出推进剂补加协同控制流程,解决了推进剂补加过程的强耦合问题,实现了补加过程的快速重新规划,以及正常和应急情况下各类分支的快速重构和切换。

  管路吹除是“太空加油”的一个关键环节,既要根据实际吹除时间动态调整控制序列,又要严格按照时序对目标进行协同控制。任务中,阀门打开顺序、时间间隔都必须分毫不差,否则就可能造成推进剂冻结,堵塞补加管路。

  “我们的推进剂补加流程动态规划技术很好地解决了这个问题,确保了补加过程顺利进行。”姜萍说。

决策:离不开一幅态势图

  “推进剂补加态势图”出自年轻的软件工程师王兆岩之手。在图上,一条条管路、一个个阀门、一个个参数以及用不同颜色标识的贮箱等图形元素清晰可见

  从4月23日到27日,连续持续5天的“太空加油”期间,有一幅画面从未离开飞控大厅正中央的液晶屏,那就是“推进剂补加态势图”。

  这幅态势图出自中心年轻的软件工程师王兆岩之手。态势图基于推进剂补加原理和管路原理而设计,采用模型构建和逻辑抽象方法,实现了推进剂补加过程的动态可视化展示,对补加过程实时状态判断和辅助决策具有重要意义。

  记者在飞控大厅的液晶屏上看到,蔚蓝色的星空背景里,天舟一号和天宫二号实施推进剂补加的一条条管路、一个个阀门、一个个参数以及用不同颜色标识的贮箱等图形元素清晰可见。

  这些图形元素在实时任务数据的驱动下,会动态展示补加进程。譬如,哪个阀门关闭、哪根管路有燃料、哪个贮箱正在补加、哪根管路正在吹除等等动作细节,都会直观清晰地展现在科技人员的眼前。

  飞控大厅的科技人员告诉记者,态势图的可贵之处不仅在于它能够将“太空加油”从九天之上搬到人们眼前,还在于它提取了补加过程的关键参数信息,在实时数据驱动下,可以使科技人员从繁琐复杂的参数信息中解脱出来,可以让决策指挥层能够更加直观地掌握任务状态,从而更加准确高效地进行判断决策。

诊断:研究了上百套故障预案

  科技人员汪广洪设计的推进剂补加故障诊断系统,实现了推进剂补加故障的快速诊断、快速定位、快速解决

  如果把这次“太空加油”涉及到的参数信息写到白纸上,四五百个参数可以写满好多张。这些参数信息就是“太空加油”是否正常进行的生理指标,在任务中动态变化,需要地面科技人员实时监视判断。然而,完成一次“太空加油”需要5天时间。这么长的时间,这么多的参数,仅依靠人工监视是难以完成的。

  为了提升效率,中心科技人员汪广洪在深入研究上百套推进剂补加故障预案基础上,设计了推进剂补加故障诊断系统,实现了推进剂补加故障的快速诊断、快速定位、快速解决。

  打开故障诊断系统,汪广洪指着屏幕上一条条信息告诉记者,推进剂补加过程全部可能出现的故障信息都在里面,只要补加过程中,哪一条参数不正常,这里实时就会有告警的声音,并且能够立刻定位故障源,迅速启动应急预案,大大提升了故障诊断和应急抢险的效率。

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