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(wù)無線聯(lián)試。

北京航天飛行控制中心火星任務(wù)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人崔曉峰向科技日報記者介紹，無線聯(lián)試相當(dāng)于模擬未來航天任務(wù)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(wù)全程進(jìn)行演練和測試。

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

控制中心與探測器唯一合練機(jī)會

在航天任務(wù)中，航天器發(fā)射以后，都要由地面控制中心進(jìn)行控制。無線聯(lián)試就是指航天任務(wù)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(wù)的情況，保證任務(wù)可靠性。如果聯(lián)試的內(nèi)容有缺失，導(dǎo)致一部分重要的情形沒有驗證到，無疑會給任務(wù)帶來很大風(fēng)險。因此在聯(lián)試準(zhǔn)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(wù)經(jīng)驗積累，我國已形成一套成熟、科學(xué)、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(wù)將在今年7月實施。此次無線聯(lián)試是火星任務(wù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行才有意義。如果進(jìn)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(jìn)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(jìn)行了全面測試，達(dá)到了聯(lián)試預(yù)期效果。

崔曉峰說，在此之前，火星任務(wù)控制中心與火星探測器真器本身還沒有進(jìn)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(wù)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(wù)將一次實現(xiàn)對火星的繞、落及巡視探測，任務(wù)十分復(fù)雜。相比我國以往的航天任務(wù)，火星探測任務(wù)光飛行時間就將近7個月，加上制動下降、著陸火星，任務(wù)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(wù)覆蓋進(jìn)去，把這么多復(fù)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(jìn)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(jìn)行制動從而進(jìn)入火星捕獲軌道。此外，探測器在火星降落是整個任務(wù)中風(fēng)險最大的一個環(huán)節(jié)，在各國火星探測任務(wù)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(jìn)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(yuǎn)，信號傳輸延時長達(dá)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(yù)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(wù)真正執(zhí)行的時候就會出問題。而這次聯(lián)試正是進(jìn)行全面檢驗的過程。”崔曉峰說。

火星任務(wù)聯(lián)試比探月更復(fù)雜

由于其重要性，無線聯(lián)試是各項航天任務(wù)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(wù)都是如此。不過崔曉峰表示，火星任務(wù)無線聯(lián)試比探月任務(wù)更為復(fù)雜。

他說，兩者的不同之處主要源于任務(wù)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(biāo)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(fù)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(yán)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(dāng)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(yuǎn)可達(dá)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(yù)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(dāng)時間執(zhí)行之后，再擇機(jī)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(wù)團(tuán)隊將持續(xù)完善各項方案預(yù)案，優(yōu)化組織流程，落實技術(shù)細(xì)節(jié)，全力完成我國首次火星探測飛控任務(wù)。(記者 付毅飛)

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