無線聯(lián)試：探測火星前的一次大練兵

近日，北京航天飛行控制中心圓滿完成了我國首次火星探測任務無線聯(lián)試。

北京航天飛行控制中心火星任務團隊負責人崔曉峰向科技日報記者介紹，無線聯(lián)試相當于模擬未來航天任務的整個過程。包括哪個階段要發(fā)送什么指令、實施什么控制，航天器要做什么動作等等，對任務全程進行演練和測試。

“此次聯(lián)試取得成功，我們對火星探測任務心里就真正有底了。”他說。

控制中心與探測器唯一合練機會

在航天任務中，航天器發(fā)射以后，都要由地面控制中心進行控制。無線聯(lián)試就是指航天任務實施前，地面控制中心和航天器各個系統(tǒng)之間開展的連接測試。

崔曉峰表示，無線聯(lián)試的主要要求，是要能真正有效地覆蓋任務的情況，保證任務可靠性。如果聯(lián)試的內(nèi)容有缺失，導致一部分重要的情形沒有驗證到，無疑會給任務帶來很大風險。因此在聯(lián)試準備階段，對其內(nèi)容、過程、方式方法的設(shè)計極為重要。經(jīng)過多年的航天任務經(jīng)驗積累，我國已形成一套成熟、科學、高效的體系，來開展這方面的工作籌劃。

按照我國火星探測工程總體計劃安排，我國首次火星探測任務將在今年7月實施。此次無線聯(lián)試是火星任務控制中心與火星探測器正樣的唯一一次地面聯(lián)合演練。

緊湊的工程進度為無線聯(lián)試的開展增加了難度。崔曉峰說，由于工程研制進度十分緊張，各系統(tǒng)工作壓力原本就大，要安排共同時間開展全系統(tǒng)演練，組織工作十分艱巨。

但此時開展無線聯(lián)試卻又勢在必行。崔曉峰說，聯(lián)試要在各個系統(tǒng)的研制工作基本完成以后進行才有意義。如果進行得過早，各系統(tǒng)狀態(tài)可能還沒有完全確定;如果再晚，會直接影響發(fā)射前的各項進程。聯(lián)試時間，實際上是在具備聯(lián)試條件的前提下，根據(jù)工程計劃往前倒排而確定下來的。

根據(jù)北京航天飛行控制中心發(fā)布的消息，本次聯(lián)試充分驗證了探測器與地面系統(tǒng)的接口匹配性和一致性，對各類方案、技術(shù)狀態(tài)、軟硬件系統(tǒng)進行了全面測試，達到了聯(lián)試預期效果。

崔曉峰說，在此之前，火星任務控制中心與火星探測器真器本身還沒有進行過交互與控制。聯(lián)試整個過程走下來，打通了信息傳遞處理等環(huán)節(jié)，證明了此前方案的正確性。“這樣，我們對任務的信心就完全建立起來。”他說。

聯(lián)試“出卷人”面臨難題

據(jù)報道，此次無線聯(lián)試采用真實的飛控系統(tǒng)以及真實的航天器，所有重大關(guān)鍵過程全部按照1∶1全過程演練。崔曉峰介紹說，聯(lián)試的一大原則，就是根據(jù)系統(tǒng)驗證的需求，盡可能做到完全真實。

我國首次火星任務將一次實現(xiàn)對火星的繞、落及巡視探測，任務十分復雜。相比我國以往的航天任務，火星探測任務光飛行時間就將近7個月，加上制動下降、著陸火星，任務時間周期很長，可能面臨的情況也很多。但聯(lián)試的時間有限，怎樣把整個任務覆蓋進去，把這么多復雜的工作壓縮到很短的時間里，成為聯(lián)試“出卷人”面臨的難題。

崔曉峰說，對于此次聯(lián)試，在前期開展了大量設(shè)計工作，以選取最具典型性、代表性的內(nèi)容進行測試，簡化了一些可以通過其他方式驗證的內(nèi)容。同時通過時間壓縮等特殊手段，實現(xiàn)全過程覆蓋。

這張“考卷”劃了哪些重點?

崔曉峰說，探測器飛向火星途中需要開展多次軌道修正，接近火星時要進行制動從而進入火星捕獲軌道。此外，探測器在火星降落是整個任務中風險最大的一個環(huán)節(jié)，在各國火星探測任務中，大部分失敗案例都是在這個環(huán)節(jié)功虧一簣。探測器進入火星大氣到降落的過程只有幾分鐘，在這么短時間內(nèi)需要完成減速以及各種調(diào)整。由于火星距離地球非常遙遠，信號傳輸延時長達幾十分鐘，這些動作無法實時控制，只能提前設(shè)定編排程序，預先把指令發(fā)給探測器，在實施降落時由探測器自主控制。

無線聯(lián)試正是要驗證這些指令的正確性。“如果事先計算的控制量、指令的編排有錯誤，任務真正執(zhí)行的時候就會出問題。而這次聯(lián)試正是進行全面檢驗的過程。”崔曉峰說。

火星任務聯(lián)試比探月更復雜

由于其重要性，無線聯(lián)試是各項航天任務實施前必須經(jīng)歷的一項考核，包括我國多次開展的探月任務都是如此。不過崔曉峰表示，火星任務無線聯(lián)試比探月任務更為復雜。

他說，兩者的不同之處主要源于任務特點。首先月球是地球的衛(wèi)星，圍繞地球旋轉(zhuǎn)。火星是行星，它與地球一起圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。這樣一來，地球、探測器以及目標星體之間的相互位置關(guān)系就有很大不同。

對于月球車與火星車來說，工作環(huán)境也有很大區(qū)別。月面雖然有石塊、撞擊坑，但沒有空氣流動，環(huán)境相對靜止。火星表面不僅地形復雜，而且有各種天氣變化，可以持續(xù)數(shù)月的塵暴等惡劣氣候環(huán)境，將給探測器帶來嚴峻考驗。

在距離方面，月球距離地球大約30萬公里，信號延遲幾乎可以忽略，對探測器相當于可以實時控制。而火星距離地球最近也有大約5000萬公里，最遠可達4億公里，信號延遲超過地月信號延遲千倍，發(fā)給探測器、火星車的指令都需要預先編排規(guī)劃，設(shè)定好動作以及合適的執(zhí)行時間。探測器收到指令，在適當時間執(zhí)行之后，再擇機把數(shù)據(jù)傳回地球。每一次交互都需要一定周期。

記者了解到，后續(xù)北京航天飛行控制中心火星任務團隊將持續(xù)完善各項方案預案，優(yōu)化組織流程，落實技術(shù)細節(jié)，全力完成我國首次火星探測飛控任務。(記者 付毅飛)

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