访飞船大脑设计者团队 操控飞船“万里穿针”

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【参观飞船的大脑设计团队控制飞船“穿针引线数千英里”】“如果没有gnc，飞船只能停留在科学幻想阶段。他们是中国11艘神舟飞船和1艘货船gnc系统的创始人，该系统从成千上万的信息流和代码中“破茧而出”,使“空之吻”和“空之吻”逐步实现。航天员刘洋在飞船工程队的指导下接受了交会对接训练。

航天器工程团队的日常工作状态(图片由第五航空航天研究院502提供)

"如果没有gnc，宇宙飞船只能停留在科学幻想阶段."什么是gnc？为什么它如此重要？带着这个问题，记者走进了中国航天科技第五研究院(000901)集团公司的502航天器工程组。

他们是中国11艘神舟飞船和1艘货船gnc系统的创始人，该系统从成千上万的信息流和代码中“破茧而出”,使“空之吻”和“空之吻”逐步实现。

从头开始，确保船安全回家

Gnc是导航、导航和控制的英文缩写，相当于航天器的“眼睛”和“大脑”。它负责航天器在整个飞行过程中的姿态和轨道控制以及在轨太阳能电池板的控制。也就是说，飞船如何移动和返回是由gnc决定的。

1994年，当飞船工程小组首次成立时，只有美国和俄罗斯掌握了飞船gnc技术。

"可以说，从零开始，它是由人和时间建造的."参与神舟飞船11个gnc系统开发的团队产品保证经理李婷(音译)表示，当时计算机很落后，大部分计算和数据解释都需要手工完成。当时50多岁的前队长王南华带领十几个团队成员日以继夜地进行设计、计算和测试。“已经达到了痴迷的程度。他们过去常常在这个装置里吃东西，住上半年，即使到了发射场，他们还在编写控制软件。”

最后，在继承中国返回舱卫星控制系统成熟技术的基础上，该团队研制出了中国首个集制导、导航和控制功能于一体的gnc系统，实现了“一错正常，两错安全”，保障了航天员的安全。

为了使航天员回家时有更强的方向感，使航天器的着陆点更加准确，在模型领导和专家的带领下，乘员们在航天器的姿态确定和返回再入控制技术方面下了很大的功夫，先后突破了在轨姿态对准技术和返回再入自适应制导技术等一系列新技术。 该团队还突破了高可靠性三级容错控制计算机、大规模嵌入式gnc软件、具有消隐功能的新型红外地球传感器等关键产品和技术，设计开发了一套全面的地面验证系统。 最后，当神舟五号着陆时，它击中了十环。

一个劲一个劲地控制飞船，让它“穿针千里”。

如果说征服与返回控制技术是神舟飞船上的第一代gnc系统，那么征服交会对接技术就是第二代gnc系统。

2011年11月3日，天宫一号和神舟八号上使用的光学成像传感器上演了“大空".”的初吻对接精度比设计要求高出近10倍，性能指标达到世界领先水平，标志着中国首次掌握空交易会。

就在这时，北京指挥控制中心的航天器工程队激动地聚集在一起。“起初，我的心很无底。当我看到精确的交会对接时，我非常激动。经过五六年的努力，我对后续工作的信心更大了。”队长刘宗宇回忆起他的兴奋。

与第一代刀耕火种相比，他们现在拥有更强大的工具:快速模拟技术、虚拟测试平台等现代信息技术支持。“通过模拟设计，提出指标和要求，形成任务书，然后将任务书转化为产品，通过全面细致的测试和实验验证，使设计‘迭代’。”团队成员郝辉这样描述他们的工作。

在神舟八号飞船gnc子系统的研制中，交会对接传感器是最关键、最难攻克的难题。为了验证其地面性能，从2007年到2011年，飞船工程团队专门模拟了交会对接的轨迹和环境，并前往阿拉善等地进行实验。

据该小组的副组长冯叶说，阿拉善在冬天非常冷。白天，他们冒着严寒，晚上，几个人挤在临时帐篷里互相取暖。在飞行测试中，他们只能坐在夹板上解读测试数据，这让他们头晕恶心。“我记得我在酒泉做测试的时候，温度达到了40摄氏度，公交车在空行驶，但是温度永远不会下降。”组员刘增波说。

正是因为这些无缝的测试和测试验证，神舟八号和天宫一号才有了精确而漂亮的“穿针”。

有趣的是，为了帮助宇航员训练，他们在地面上设计了一整套模拟驾驶舱系统，在那里宇航员可以真实地模拟空手动控制的交会对接操作。“所以，它成了全国第一所‘泰空驾驶学校’。宇航员每次来模拟操作时都非常认真，有时他们会多次要求进行更多的操作。”队员李志宇说。

从神州到天州，会议时间缩短到1/8

2017年9月12日，中国首艘货运飞船天舟一号和天宫二号实现了首次快速交会对接，从入轨到交会对接的全过程从之前的2天缩短到6.5小时。

事实上，早在2012年，当人们还沉浸在成功交会对接任务的喜悦中时，航天器工程团队就瞄准了快速交会对接的新技术。2015年底，天洲一号正常gnc系统的软硬件产品开发完成，出厂前测试的最后阶段开始。这时，一些专家试探性地提出是否要在天舟一号上实现快速交会对接，飞船工程队兴奋地表示同意，他们对自己的先见之明非常满意。

航天器工程团队需要在最短的时间内满足新的任务要求，并且在不破坏既定的R&D计划的情况下做出最少的改变。为此，他们在一年内升级了10个软件版本，这有效地提高了gnc系统在工程限制下的准确性和可靠性，也使飞船更加智能和自主，并将原本需要地面干预的工作移交给了天州。1号电脑独立运行...

负责货运航天器gnc子系统测试的团队成员李明明表示，航天器的初始样本测试是一个痛苦的迭代过程，因为问题总是会被发现，然后将进行设计改进和重新测试...“从2012年8月到2014年5月，我们大多数人晚上9点下班。”

在工作中，团队成员“在每个人的心中都有一串‘细节’。”例如，在通电测试阶段，他们负责600多页的数据参数表和3，000多个需要注意的参数。“每个参数的变化可以反映系统的特征性能。即使暂时没有问题，我们也必须找出原因，防止一切可能出现的问题。”队员高伟告诉记者。

无论新旧，“严阵”团队的平均年龄是33岁

在采访中，记者了解到，在航天器工程团队中，不同专业领域的人就像拼图一样，谁也不能缺少他们。如何使这些人才发挥“1+1 > 2”的作用，并将模式开发与人才梯队建设有机结合，是几代团队领导一直在实践的课题。

他们认为在自然界中，“人类”严阵是鹅最快最省力的配置，严阵的飞行速度是单只鹅的1.71倍。因此，飞船工程团队借用了这个概念，开创了“严阵”人才培养模式——组长和副组长是领头雁，负责领导飞行；技术平台的负责人是骨干鹅，负责乘坐航班；团队成员是向前的鹅，他们负责跟随飞行。

据了解，第一位“大雁”王南华是将“严谨细致”的风格诠释到极致的人。她习惯于随身携带笔记本，随时记录问题和要点。对于每一个设计界面，他都坚持就地测试和眼见为实测试。那时，她已经五十多岁了，每次考试都和年轻人一起工作到半夜两三点。“这是一条攀登太空的道路，任务繁重，风险很高。我们只能尽一切可能！”王南华说道。她严谨细致的风格被“阵中大雁”传世。

近年来，航天器组的模型任务发展迅猛，动力“微严阵”已从乘员中衍生出来。“从生物学的角度来看，鹅会在飞行过程中交替出现，以达到省力的效果。”小组副组长冯叶说:“我们把不同的航天器型号作为不同的平台，每个平台都有一个成熟的技术骨干作为负责人，带领几名技术人员进行设计或测试工作。当这些人逐渐成熟时，他们将被分配到其他平台的不同职位。”

这种新旧搭配、交替换位的模式，不仅提高了工作效率，也加快了人才的成长。目前，航天器工程队只有19名成员，平均年龄不到33岁。“小团队”取得了“巨大的成就”。未来，他们将继续用自己的双手书写中国的Tai/きだよ传奇，并将越来越多的梦想变成现实。

宇航员刘洋在航天工程队的指导下训练了“泰空”号的交会对接(图片由第五航空航天研究院502提供)

负责“泰空穿针”导航的航天器工程队是一个年轻的团队，平均年龄不到33岁(图片由第五航空航天研究院502提供)

来源：罗马观察报