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          他們讓“嫦娥”看得清、對得穩、落得準

          ——記國防科技大學嫦娥五號任務參研人員

          科技日報 2020-12-31 作者:顧 瑩 張 強

            

            于起峰

            

            羅亞中

            

            張青斌

            12月17日凌晨1時59分,內蒙古四子王旗著陸場,嫦娥五號返回器攜帶月球樣品安全著陸,探月工程嫦娥五號任務取得圓滿成功。

            喜訊傳到千里之外的國防科技大學空天科學學院,參與該項目的科研人員無比激動??萍既請笥浾吡私獾?,在本次探月任務中,該院多名科研人員參與了多個重要項目的設計與研制工作,為嫦娥五號順利完成探月任務貢獻了多項關鍵技術。

            于起峰:給“挖土”的“嫦娥”裝“慧眼”

            時間回到2015年。湘江之畔,嫦娥五號技術負責人找到中國科學院院士、國防科技大學空天科學學院教授、博士生導師于起峰,交給他一項技術難度極大的任務。

            這位負責人來自中國航天科技集團五院(以下簡稱航天五院),此人也許不會想到,5年后,于起峰給嫦娥五號裝上了一雙“慧眼”,輔助采樣器高效完成了放樣、抓罐、放罐等關鍵操作。

            那天會面一結束,于起峰立即召集團隊成員開了一個碰頭會。

            “這是之前從未經歷過的測量環境”“采樣器上配置的相機已固定,無法完全滿足精密視覺測量需求”……于起峰靜靜地聽著學生們討論。那日,他們討論了近三個小時,仍意猶未盡。

            在辦公區的墻上,印著這樣一句話:有必要測量一切可測的,并努力使尚不可測的成為可測。這是測量學先驅伽利略的名言,也是于起峰多年來的追求,更是團隊奮斗的目標。

            月球上光照復雜,還有許多未知因素,傳統的攝像測量方法在月面難以適用。更重要的是,其他國家已進行的月球采樣返回任務中,尚無使用攝像測量技術的先例,他們只能從頭開始。

            既然硬件條件不可更改,那就對算法進行提升。迭代算法需要實驗驗證,那一年團隊成員往北京跑了50多次,進行系統調試、優化,在月面模擬環境實驗中不斷摸索實踐。學生們帶著問題從北京一回來,于起峰就召集大家共同商討解決方案。

            經過兩年的打磨,這套算法已趨于成熟。然而,于起峰總覺得還可以“再好一點”,他要精益求精。

            2017年的一天,于起峰把團隊成員叫到一起。大家以為這只是一次普通的業務討論,可沒想到,于起峰在會上提出了一個讓人意想不到的要求:已有算法并不穩定,推翻以往的方案,全部重來。更大的考驗還在后面,那一年,航天五院再次聯系他們,提出能否利用嫦娥五號的自身結構特征完成測量,這是一個“使不可測變為可測”的要求。

            接下任務后,年近六旬的于起峰與學生們一起熬夜加班,不停摳技術細節。最終,經過模擬驗證,他們設計出的算法完美地完成了信息獲取任務。

            12月2日22時許,經過約19個小時的月面工作,嫦娥五號探測器順利完成月球表面自動采樣。

            任務完成,于起峰卻不滿足?!敖窈?,我們還要去探索更多未測量的領域,作出更大的貢獻?!彼f。

            羅亞中:實現環月無人交會對接零的突破

            “祝賀你們,圓滿完成任務?!?2月6日,國防科技大學空天科學學院教授羅亞中給嫦娥五號負責月球軌道設計的主任設計師發了一條信息。

            放下手機,羅亞中揉了揉熬紅的雙眼,懸了許久的心,終于徹底放了下來。此前,他一直關注前方信息,得知環月無人交會對接任務順利完成,長舒了一口氣。

            “我雖然心里清楚,我們的技術已經很成熟了,但還是緊張?!绷_亞中笑著對科技日報記者說。

            敢說出“技術成熟”,這份底氣源于羅亞中多年來在交會對接領域的深耕細作。多年耕耘,讓羅亞中團隊成為該領域的“王牌軍”。

            “這件事還是需要你們的參與!”2013年,航天五院聯系到了羅亞中,將嫦娥五號環月交會對接軌道規劃任務交給了他。

            彼時,在我國尚無成功實現環月無人交會對接的先例。

            “第一次在環月軌道完成這項任務,測控條件相比近地差,我們對月球軌道特性認識尚不成熟?!绷_亞中意識到,這是一塊難啃的“硬骨頭”。然而,敢于啃“硬骨頭”,正是他帶領的“王牌軍”多年的作風。

            自從接下任務,羅亞中幾乎沒有過休息日,他帶著團隊成員從研究環月軌道交會模型入手,不斷優化算法,提高算法的效率和可靠性。有時,為了提升算法性能,團隊要開展大量測試。屏幕上一行行數據密密麻麻、不斷滾動翻新,團隊成員一天要盯十幾個小時的電腦,幾乎所有人的眼睛都酸澀脹痛。

            工作疲憊時,羅亞中喜歡來到實驗室,在這里,按一定比例縮小、模擬空間實驗室和載人飛船交會對接的仿真模型占了大半個房間?!疤鞂m二號和神舟十一號的交會對接軌道規劃系統,就出自這里?!绷_亞中介紹道。

            在羅亞中心中,交會對接技術就像航天科技領域的一座“大山”。他2003年進“山”,稱自己是“明知山有虎,偏向虎山行”。為解決“交會軌道規劃”這個公認的技術難題,他曾找遍國內外相關論文和技術報告,每天工作時間都在十幾個小時以上。2019年,他因對神舟八號以來歷次交會對接任務作出了重要貢獻,被授予“中國載人航天工程突出貢獻者”榮譽稱號。

            張青斌:為精確回收提供引導信息

            12月16日22時00分,酒泉衛星發射中心指揮顯示大廳。換衣服、掛上工牌、打開電腦……幾個動作一氣呵成。國防科技大學空天科學學院研究員張青斌坐在椅子上,眼睛緊盯著指揮顯示大廳的大屏幕。此時,距離他進場不過五分鐘,距離嫦娥五號著陸還有不到4小時。在此次任務中,張青斌及其團隊為讓搜救力量更快找到返回器,提供精確引導的工作。

            “我太激動了,這一天我們盼了快十年,我們的降落傘回收系統動力學理論在這么重要的任務中得到了成功應用!”嫦娥五號返回器成功著陸后,張青斌對科技日報記者興奮地說。

            發射和回收是航天任務中最驚險、最容易出故障的階段。降落傘回收系統又是動力學中最復雜的系統,地面上空十公里以內的風向變化非常復雜,不確定因素極多。要想設計出一套安全、穩定的返回器回收系統,不僅需要設想各種可能出現的問題,還要不斷做空投驗證,過程反反復復、極其磨人。從接下任務的那天起,張青斌就踏上了漫長的求索征程。

            為避免計算出錯,張青斌和團隊成員用不同方法、不同程序,驗證同一問題,然后交叉比對驗證結果。

            這一工作雖然耗費了大量的時間,但張青斌覺得時間花得值,沒有這些工作打底,就不可能取得最終的成果。

            有了好的基礎,技術上的創新突破勢如破竹。

            在這個過程中,他們建立了“神舟”系列載人飛船降落傘回收系統的高保真動力學模型,為我國載人飛船回收系統的方案論證、設計分析提供了重要參考數據;研制出國內首套飛船降落傘回收的半實物仿真系統,被應用于神舟七號到神舟十一號的航天任務之中。

            嫦娥五號返回器的體積只有神舟飛船返回艙的1/7,可著陸面積將近2萬平方公里,是載人飛船著陸面積的16倍,再加上落區被平均厚度約130毫米的積雪覆蓋,這些都給執行此次回收任務的搜救力量,增加了不小的工作難度。

            “要想給搜救力量提供精確的位置導引,就要在返回器下降過程中,快速更新飛行管道的數據,這需要高效的算法作為支撐,我們做到了1.2秒更新一次!”張青斌告訴科技日報記者。

            不過,鮮有人知的是,在剛剛起步時,張青斌團隊能達到的更新速度是:10分鐘/次。

            今年7月以來,張青斌帶著團隊反復進行模型校核分析,分析著陸場歷年風場特征,以及降落傘回收系統的多項不確定性因素,建立了嫦娥五號降落傘回收系統不確定性條件下的快速分析模型。

            12月17日凌晨,嫦娥五號順利返回。任務結束后,張青斌拉著團隊成員在指揮顯示大廳合了張影?!斑@個意義非凡的時刻,應該載入我們的‘奮斗相冊’!”張青斌說。

           ?。ū疚娜宋飯D片由國防科技大學提供)

          責任編輯:王超

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