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太空之吻背后的故事

2011-11-4 11:10:15
科技日报




 天宫一号、神舟八号的“太空之吻”如约上演,北京航天飞行控制中心再次成为焦点。作为交会对接任务测控通信指挥部指挥长单位,北京飞控中心担负着任务的组织指挥、控制计算、数据处理、信息交换和长期管理等工作。

    “天宫”、“神八”的飞行姿态在这里实时展示;来自陆海天基的各种调度口令在这里汇聚发出;遍布全球测控网的气象信息都在这里汇集决策……此间,记者走进北京飞控中心,为您揭秘背后的故事。

    “巨幅天眼”:真实记录飞控全程

    飞控大厅最吸引眼球的地方莫过于位于大厅最前方的巨幅显示屏,这块长约17米,宽约4米的大屏幕记录下了我国历次航天发射和飞控的壮美瞬间。

    在执行任务中,以三维动画显示的立体图形,不仅可以表现火箭发射时的真实情景,还可以把航天器在太空中飞行的姿态真实、实时地展现出来。

    “今年,为更好地展现任务实况,我们对大屏幕进行了改造,面积比原来更大了,操作性更加灵活了,视觉效果更逼真、更细腻。”北京航天飞行控制中心指控室主任朱敬东说。

    据了解,逼真的效果不仅有先进的硬件作保障,还得益于该中心科技人员自主开发的一套功能强大的可视化系统的支持。朱敬东介绍说,这套系统运用了当今最先进的虚拟现实、数字建模技术,使飞行控制实时逼真。科技人员针对交会对接任务可视化展示对象多、测控数据复杂、飞控实施频繁等特点,对可视化系统进行了升级,借鉴影视动画、物理仿真等领域的先进技术,并积极探索将帧动画、仿真驱动技术引入系统中,确保以精美流畅的画面,把复杂的飞控过程实时地展现出来。利用这种仿真可视化监控技术,无论在大漠深处的卫星发射,还是飞船在太空遨游,都可以在北京通过现代化的指挥显示系统,及时了解和掌握任务过程中的细节,下达指挥命令,注入控制指令,实施应急方案。

    “天罗地网”:天涯之声近在咫尺

    “各号注意,我是北京!”……

    “远望三号跟踪正常!”……

    当来自全球各测站的调度声,清晰有力地在大厅响起时,记者跟随北京中心指控室高工陈伟玉来到飞控大厅后方的终端机房。这里有一台很特别的电脑,这就是被称为北京中心数字音频网络扩声系统设备。陈伟玉介绍说,该系统是任务通信信息传输的主要通道,供地面调度人员进行语音交流。从神舟五号到神舟七号,6名进入太空的航天员,都是通过这套设备与地面进行天地通话的。

    “该系统由北京中心自主研发,”陈伟玉说,“以往我们一人盯一部调音台,负责一个方向的通信,现在是一台电脑一套系统轻松搞定所有方向通信,节省了人力、物力,工作效率大幅提升。”她表示,目前,经过了多次更新换代,已形成了一套完整高效的智能扩声系统,由原来各厅独立的、硬件设备堆砌、一根电缆传输一路信号实线连接的模拟体制,转变为数字化、网络化传输。不但话音质量得到了提升,还具备多厅协同,一体化监视控制的保障能力,满足北京中心多任务并行,交会对接任务调度协同指挥、多厅协同扩声的多重需求。真正做到了“星飞万里如比邻,天涯之声在咫尺”。

    据介绍,北京中心还设计研发了多按键智能指挥话筒。一个指挥话筒通过切换不同的按键实现对多个方向的指挥,使指挥员或发令员可以按照预先编辑好的组群或指挥方向通过轻触按键完成,简化了指挥员的工作程序、避免了误差,改变了过去指挥员面前摆满了话筒,不断地更换话筒进行指挥的局面。

    “纵观风云”:风雨雷电尽在掌控

    航天发射、飞控过程中,最变化莫测的,要数天气。发射的成败,返回落点的找寻,飞行控制轨道的预报和测算,都要看“老天爷”的“脸色”。

    作为交会对接任务气象指挥中心,北京航天飞行控制中心担负着收集、分析、处理、协调各方气象水文空间天气信息的重任。在气象机房内,记者看到,一幅全球气象保障区域图几乎占据了一整面墙,标识着发射场、全球各测控点的红色标签格外地显眼。

    交会对接任务气象保障专家、北京中心高级工程师陈书驰介绍说:“来自全球各测站的气象水文空间天气信息将在这里汇集、分析,为任务决策提供气象保障。航天气象保障不能泛泛地报变化趋势,要更准确、更精细、更及时。”比如测量船一般都处于咆哮西风带范围内,超过3米的大浪就会对测量船接收指令产生影响;飞船返回搜救阶段,对云的预报必须报准,包括有几成云,什么样的云,对风的预报要求也很高;飞船返回时,高空风不能超过80米/秒,同时地面浅层风速要小于10米/秒,能见度要大于10公里,不能有大雨等。这些都需要做出及时预报和判断。

    陈书驰表示,本次任务中,研究人员要提供发射场天气预报、掌握10余个国外应急着陆区的天气情况、以及测量船航渡海域天气水文预报。同时,交会对接任务轨道控制十分复杂,天宫一号轨道高度的确定和大气环境有直接联系,飞行器在太空运行势必要受到太阳磁暴、耀斑和爆发的影响,这也需要对空间大气环境进行监测和预报。

    据了解,为圆满完成这次气象保障任务,北京中心开发了“气象水文空间天气信息传输系统”,“气象数据接收处理流程控制系统”,“有限区域数值预报系统”,能够实时同步接受各测控点号、各参试单位的提供的气象水文数据,为准确决策提供了有力支撑。同时还制定了《气象水文空间天气保障联合行动方案》以及各种预案,搭建了任务气象软硬件和保障平台,为任务组织指挥提供强有力的保障。