来源:中国航天网 发布时间:2019-01-02
在航天五院有这样一支队伍,他们胸怀“航天报国”的赤诚之心,秉承“求实求是”的科学精神,十八大以来,取得了124星船发射成功、在轨稳定运行的优异成绩。他们敢为人先、敢打硬仗,攻克了返回再入控制技术、空间交会对接GNC技术、大型组合体控制、地外天体软着陆、上升和星际返回技术等一系列国际宇航界公认的控制技术难题。他们瞄准前沿、勇攀高峰,先后获国家技术发明奖2项、省部级及以上奖项30余项;授权发明专利130余项,其中中国专利奖金奖1项,优秀奖4项;出版专著3部,编著2部,发表高水平学术论文404篇。
这支队伍就是中国航天科技集团五院502所空间智能控制团队(简称“团队”)。他们始终将“发展航天事业,建设航天强国”作为神圣使命和责任担当,用成功报效祖国,用卓越铸就辉煌,引领着我国空间控制技术不断突破新高度,为我国载人航天、深空探测、北斗导航、高分对地观测等重大工程型号作出了突出贡献。
满怀矢志不渝、报效祖国的航天情怀
制导、导航与控制系统是航天器最重要的分系统之一,是航天器成功执行任务的关键。空间智能控制团队紧密围绕载人航天、深空探测等重大任务需求,深入研究智能自主控制理论方法、新技术、新产品,取得了一系列具有国际领先和先进水平的创新成果,研制的东方红系列卫星、神舟系列飞船、嫦娥月球探测卫星等数百颗卫星的控制分系统在轨表现完美。
2013年12月14日21点11分,嫦娥三号探测器经历与地球失去联系的“黑色720秒”,完全依靠自主导航控制,经过主减速、快速调整、接近、悬停、避障和减速下降等阶段,稳稳地“站上”月球,标志着我国成为世界上第三个独立自主实施月球软着陆的国家。
为了这惊心动魄的720秒,团队历经10年,从预先研究到研制开发,上万次的数学仿真、成百上千次的桌面联试,以及模拟月球重力环境和月表地形地貌等几十次大型试验,才打造出由数十台单机、几十套软件组成的探测器制导导航与控制系统(简称“GNC系统”),完美实现了探测器对月测速、测距和地形识别,自主路径规划和精准控制,使着陆器在陌生的月面上“看得清、辨得明、站得稳、走得正”。
月地高速返回跳跃式再入地球是探月工程收官之作的核心关键技术。2014年12月2日6点42分,返回器成功返回地球,实现了世界上首次全数值积分落点预报算法的在轨成功应用,完成了跳跃式再入控制,开伞点位置精度509米,创造了月地返回落点精度的世界纪录。返回器成功开伞时,GNC系统副总师王勇流下激动的眼泪,“国家和人民赋予我们的任务非常光荣,型号成功那一刻,所有的付出都值得!”
坚守敢为人先、求真务实的科学精神
1987年,“两弹一星”元勋、“863计划”倡导人之一杨嘉墀先生在502所远见卓识的指出,智能控制和故障诊断是未来航天技术的发展方向。1995年,杨先生在国际自控联(IFAC)航天器自主和智能控制会议上发表了《中国空间计划中智能自主控制技术的发展》,高瞻远瞩地提出大力发展智能控制技术的主旨思路。
在杨先生的指引下,吴宏鑫等专家带领空间智能控制团队开启了航天器自适应控制、自主导航、故障诊断与重构、智能控制理论方法与应用技术等的研究之路。他20年如一日,潜心研究自适应控制理论,淡泊名利,全身心投入到基础理论研究中,提出特征建模等多项重要理论成果,被大家尊称为“冷板凳院士”。他的学生解永春从2000年从事预先研究,凭着“中国要掌握交会对接技术只能靠自己”的信念,默默地坐了4年“技术冷板凳”,交会对接项目立项时,她的研究成果为交会对接任务的圆满完成打下坚实基础。
就是这样一支秉承求真务实的科学精神,耐得住寂寞、啃得了硬骨头的团队,造就了胡军、张洪华、解永春、何英姿等30余位空间智能控制领域专家。在他们的带领下,空间智能控制团队创造性地将全系数自适应控制理论与方法等理论,成功应用于神舟系列飞船和嫦娥工程任务中,系列飞船的10次返回开伞点精度远高于国外同类型飞船;解决了复杂航天器高精度高稳定度姿态控制的世界航天领域难题,使得定位精度提高了20倍;实现了地球静止轨道航天器自主导航长期在轨验证,为我国航天器实现自主导航作出了贡献。
多年来,团队坚持“以老带新、文化传承”的人才培养机制,为我国航天控制领域培养了一支学科互补、结构合理、堪当重任的科技创新团队。以王立、刘波为代表的青年专家脱颖而出,在空间视觉测量、空间容错计算机及电子产品领域成为行业引领者。为重点项目研发成立的10余个“科技攻关尖刀班”,取得了多项重要研究成果,一批青年骨干正成长为团队的中坚力量。
永葆敢打硬仗、拼搏奋进的担当精神
2012年,继天宫一号和神舟八号在太空成功“万里穿针”后,神舟九号在航天员刘旺的精准控制下与天宫一号对接,手动控制交会对接技术完美验证。
2013年,天宫一号和神舟十号在太空上演了一曲优美的舞蹈,飞船成功绕飞,两器精准牵手,把中国太空交会对接技术推向成熟。
因为一次次的“完美”,2014年,有专家试探性地提出能否在天舟一号上实现快速交会对接,没想到空间智能控制团队的成员竟然答应了:“能,一定能!”
这句掷地有声的承诺,源自团队一直以来对标前沿、预先研究,所具有的充足技术储备;源自团队长期积淀的“集智攻关、顽强拼搏、能打硬仗”的奋斗精神。带着这份自信和底气,仅用一个月时间,该团队就拿出了可行方案,在天舟一号上新增了自主快速交会对接的技术要求。仅用一年时间,团队克服了重重困难,就拿出了高精度、高可靠、符合工程约束的快速交会对接控制方案。
2017年4月,天舟一号货运飞船历时约6.5小时顺利完成了与天宫二号空间实验室的自主快速交会对接,使中国成为世界上继俄罗斯之后第二个拥有快速交会对接技术的国家。
快速交会对接技术是空间控制技术皇冠上的明珠,正是这样一支敢打硬仗、能打硬仗的团队,仅用了3年时间就破解了这项世界级难题,大大缩短航天员在飞船上狭小空间中滞留的时间,使对航天器实施抢修与紧急救援成为可能。该团队还“炼”成“火眼金睛”的交会对接光学成像敏感器,使控制精度创历次交会对接任务最高水平。
为了未来空间实验室和大型卫星的需要,该团队在国内最早提出研制控制力矩陀螺产品,打破国外的技术封锁。经过十余年艰辛的研制历程,碰到关键技术攻关,研制团队成员就开启全天候模式,反复试验验证,终于突破了控制力矩陀螺总体结构、高转速大惯量转子、长寿命润滑等关键技术,实现了产品的成功在轨应用。2016年3月16日,天宫一号完成全部在轨任务,单框架控制力矩陀螺累计在轨连续运转了1630天。团队成员没有因为型号成功而止步,仅用几年时间,陆续研发出角动量范围覆盖广的单框架控制力矩陀螺产品,新研的控制力矩陀螺产品的控制精度提升10倍、响应带宽提升5倍、寿命提升5倍……显著提升了我国空间飞行器的姿态机动与姿态稳定控制能力,使空间实验室飞得更稳,资源卫星测的更宽,高分卫星看得更细,也带动了国内轴承、润滑、摩擦磨损、可靠性等专业领域和行业的发展。
就是这样一支队伍使我国空间控制技术一次次打破国外技术封锁,用最短的时间实现控制技术的跨越式发展,为航天器效能提升、自主运行能力提高等提供坚实的技术支持,打造出高品质的系统和产品。
保持建功新航天的创新精神和强大动力
习近平总书记在全国科技创新大会上指出:必须推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展,抢占事关长远和全局的科技战略制高点。空间智能控制团队面对未来空间任务对飞行器控制技术巨大挑战,全面对标世界航天科技前沿,秉承“锐意创新、引领前沿、敢为人先、建功航天”的理念,坚持“求是、创新、协作、拼搏”的团队精神,充分发挥专业优势与整体效能,通过精神传承、协同攻关、宽容失败、延伸关怀,激励团队成员勇挑重担,不断开展原始性、颠覆性、牵引性的创新研究,牢牢掌握引领和支持长远发展的关键核心技术,为国家重大专项等型号任务提供更高品质的控制系统,将控制技术创新和应用始终保持在最前沿。
该团队打造的具有“超精、超稳、超敏捷”指向目标能力的卫星平台,实现核心指标2个数量级提升,具备了“三超”平台控制方案设计、核心产品研制与测试、全物理试验验证等能力,能够覆盖国内目前及未来可预见的任务需求,对未来航天器极高性能控制与应用具有重要意义;团队致力于让航天器具备自主控制、自主规划、智能决策和在轨学习的能力,空间任务自主规划与智能控制技术实现了卫星自主任务规划在轨应用的突破,显著提升任务适应能力和应对突发干扰和异常的能力,提高航天器运行的可靠性和安全性,有力推动了卫星自主控制领域发展,并带动了高性能星载计算机等核心产品的水平提升;团队积极开展空间操作自主控制技术攻关,研究的智能灵巧操作机械臂,为空间在轨服务和维护技术打下坚实基础,在国家战略高技术论证中发挥重要作用;面对信息、网络、计算和人工智能技术的飞速发展,该团队加速了控制系统的小型化、集成化、一体化及智能化进程,不断推进敏感器、控制器、执行机构等产品升级换代。
空间智能控制团队始终以建设航天强国为己任,围绕我国航天控制技术的发展需求,接轨国际航天控制最高水平,推进创新能力建设和发展规划,打造新动能、建功新航天,加速向更精、更高速、更高能、更敏捷、更可靠、更智能的控制技术领域迈进,为建设航天强国、实现“中国梦”不断作出新的更大的贡献。