為“太空加油”提供強(qiáng)大助力——北京飛控中心突破多項(xiàng)推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加飛控關(guān)鍵技術(shù)

新華社北京4月27日電（李國(guó)利、姜寧、祁登峰）4月27日晚，天舟一號(hào)與天宮二號(hào)首次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加試驗(yàn)取得圓滿成功。在這次任務(wù)中，北京航天飛行控制中心創(chuàng)新突破多項(xiàng)關(guān)鍵飛控技術(shù)，為成功實(shí)施“太空加油”提供了強(qiáng)大助力。

（一）

與空中加油相比，“太空加油”高出的不僅是距離地面的高度，更體現(xiàn)在技術(shù)復(fù)雜程度上。特別是在補(bǔ)加流程的設(shè)計(jì)上，面臨著多目標(biāo)、多約束、多變化的系統(tǒng)級(jí)難題。

中心飛控總體主任設(shè)計(jì)師姜萍介紹，在太空實(shí)施推進(jìn)劑補(bǔ)加，涉及到氧化劑、燃燒劑兩種推進(jìn)劑，對(duì)設(shè)計(jì)的安全性、可靠性提出了更嚴(yán)更高的要求；需要考慮兩個(gè)目標(biāo)、上百個(gè)閥門(mén)、幾百米長(zhǎng)的管路，以及幾十種關(guān)鍵設(shè)備、軟件的控制。此外，整個(gè)補(bǔ)加流程包含幾十個(gè)步驟，每個(gè)步驟又包含很多分支及指令，這些步驟和指令層層約束、環(huán)環(huán)相扣，不能有一處出現(xiàn)錯(cuò)誤。

為了解決這些難題，姜萍和同事們經(jīng)過(guò)兩年多集智攻關(guān)，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出推進(jìn)劑補(bǔ)加協(xié)同控制流程，解決了推進(jìn)劑補(bǔ)加過(guò)程的強(qiáng)耦合問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)加過(guò)程的快速重新規(guī)劃，以及正常和應(yīng)急情況下各類(lèi)分支的快速重構(gòu)和切換。

管路吹除是“太空加油”的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既要根據(jù)實(shí)際吹除時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整控制序列，又要嚴(yán)格按照時(shí)序?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行協(xié)同控制。任務(wù)中，閥門(mén)打開(kāi)順序、時(shí)間間隔都必須分毫不差，否則就可能造成推進(jìn)劑凍結(jié)，堵塞補(bǔ)加管路。

“我們的推進(jìn)劑補(bǔ)加流程動(dòng)態(tài)規(guī)劃技術(shù)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，確保了補(bǔ)加過(guò)程順利進(jìn)行?！苯颊f(shuō)。

（二）

從4月23日到27日，連續(xù)持續(xù)5天的“太空加油”期間，有一幅畫(huà)面從未離開(kāi)飛控大廳正中央的液晶屏，那就是“推進(jìn)劑補(bǔ)加態(tài)勢(shì)圖”。

這幅態(tài)勢(shì)圖出自中心年輕的軟件工程師王兆巖之手。態(tài)勢(shì)圖基于推進(jìn)劑補(bǔ)加原理和管路原理而設(shè)計(jì)，采用模型構(gòu)建和邏輯抽象方法，實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)劑補(bǔ)加過(guò)程的動(dòng)態(tài)可視化展示，對(duì)補(bǔ)加過(guò)程實(shí)時(shí)狀態(tài)判斷和輔助決策具有重要意義。

記者飛控大廳的液晶屏上看到，蔚藍(lán)色的星空背景里，天舟一號(hào)和天宮二號(hào)實(shí)施推進(jìn)劑補(bǔ)加的一條條管路、一個(gè)個(gè)閥門(mén)、一個(gè)個(gè)參數(shù)以及用不同顏色標(biāo)識(shí)的貯箱等圖形元素清晰可見(jiàn)。這些圖形元素在實(shí)時(shí)任務(wù)數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)動(dòng)態(tài)展示補(bǔ)加進(jìn)程。譬如，哪個(gè)閥門(mén)關(guān)閉、哪根管路有燃料、哪個(gè)貯箱正在補(bǔ)加、哪根管路正在吹除等等動(dòng)作細(xì)節(jié)，都會(huì)直觀清晰地展現(xiàn)在科技人員的眼前。

飛控大廳的科技人員告訴記者，態(tài)勢(shì)圖的可貴之處不僅在于它能夠?qū)ⅰ疤占佑汀睆木盘熘习岬饺藗冄矍?，還在于它提取了補(bǔ)加過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)信息，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下，可以使科技人員從繁瑣復(fù)雜的參數(shù)信息中解脫出來(lái)，可以讓決策指揮層能夠更加直觀地掌握任務(wù)狀態(tài)，從而更加準(zhǔn)確高效地進(jìn)行判斷決策。

（三）

如果把這次“太空加油”涉及到的參數(shù)信息寫(xiě)到白紙上，四五百個(gè)參數(shù)可以寫(xiě)滿好多張。這些參數(shù)信息就是“太空加油”是否正常進(jìn)行的生理指標(biāo)，在任務(wù)中動(dòng)態(tài)變化，需要地面科技人員實(shí)時(shí)監(jiān)視判斷。然而，完成一次“太空加油”需要5天時(shí)間。這么長(zhǎng)的時(shí)間，這么多的參數(shù)，僅僅依靠人工監(jiān)視是難以完成的。

為了提升效率，中心科技人員汪廣洪在深入研究上百套推進(jìn)劑補(bǔ)加故障預(yù)案基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了推進(jìn)劑補(bǔ)加故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)劑補(bǔ)加故障的快速診斷、快速定位、快速解決。

打開(kāi)故障診斷系統(tǒng)，汪廣洪指著屏幕上一條條信息告訴記者，推進(jìn)劑補(bǔ)加過(guò)程全部可能出現(xiàn)的故障信息都在里面，只要補(bǔ)加過(guò)程中，哪一條參數(shù)不正常，這里實(shí)時(shí)就會(huì)有告警的聲音，并且能夠立刻定位故障源，迅速啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，大大提升了故障診斷和應(yīng)急搶險(xiǎn)的效率。