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“履新”太空新“職場(chǎng)”，問(wèn)天的“天問(wèn)”有哪些絕活兒？專(zhuān)家詳解“天問(wèn)一號(hào)”( 二 )


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5月15日，航天科研人員在北京航天飛行控制中心監(jiān)測(cè)“祝融號(hào)”火星車(chē)工作情況。新華社采訪人員 金立旺 攝
巡視器、火星車(chē)從火星表面發(fā)回的探測(cè)數(shù)據(jù)，是由環(huán)繞器測(cè)控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)的器地、器火通道負(fù)責(zé)傳輸?shù)摹Ｃ鎸?duì)如此遠(yuǎn)距離的器間中繼通信，在無(wú)法觀察遙測(cè)的情況下，如何保障通信的高可靠、高數(shù)據(jù)率？
八院測(cè)控?cái)?shù)傳團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期分析論證，采用了器間高靈敏度接收、多碼速率自適應(yīng)切換、高可靠的雙工握手協(xié)議、中繼多模式配合等先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞器和巡視器、火星車(chē)之間的前向、返向通信，成功解決了距離地球最遠(yuǎn)4億公里外的兩器之間高可靠數(shù)據(jù)傳輸。
由于距離地球遙遠(yuǎn)、天線波束角有限，一旦發(fā)生了通訊鏈路中斷怎么辦？八院團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種通訊鏈路中斷后的自主恢復(fù)策略。一旦通訊鏈路中斷，環(huán)繞器就會(huì)“自主慢旋”，在不停轉(zhuǎn)動(dòng)身體過(guò)程中，使天線掃到地球，進(jìn)而恢復(fù)通訊鏈路。
“履新”太空新“職場(chǎng)”，問(wèn)天的“天問(wèn)”有哪些絕活兒？專(zhuān)家詳解“天問(wèn)一號(hào)”
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5月15日，航天科研人員在北京航天飛行控制中心監(jiān)測(cè)“祝融號(hào)”火星車(chē)工作情況，研究傳回的火星地面高清圖片。新華社采訪人員 金立旺 攝
擁有“聰明的大腦”
火星環(huán)繞器如此“聰明能干”，離不開(kāi)八院研制的制導(dǎo)、導(dǎo)航及控制（GNC）分系統(tǒng)。這一系統(tǒng)賦予環(huán)繞器“聰明的大腦”，在面對(duì)各種復(fù)雜情況時(shí)，能自主判斷、自主決策、自主執(zhí)行。
在“天問(wèn)一號(hào)”地火轉(zhuǎn)移飛行過(guò)程中，要確保探測(cè)器姿態(tài)指向的穩(wěn)定、太陽(yáng)翼對(duì)日定向保證能源、定向天線指向地球保證數(shù)據(jù)通訊鏈路；在環(huán)繞火星飛行期間，還需要增加中繼天線指向火星車(chē)的任務(wù)要求。這些任務(wù)執(zhí)行的依靠就是環(huán)繞器大腦——GNC單元，它采用三套獨(dú)立CPU同步計(jì)算、三機(jī)相互診斷的方式運(yùn)行。
據(jù)介紹，環(huán)繞器三機(jī)模式同步運(yùn)行的“大腦”，首先設(shè)計(jì)了精確的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)機(jī)制，保證三臺(tái)獨(dú)立的CPU，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算過(guò)程的同步計(jì)算和結(jié)果輸出、彼此數(shù)據(jù)的同步交互和故障診斷、以及控制模式的同步轉(zhuǎn)換；其次，盡可能地縮短對(duì)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行檢錯(cuò)糾錯(cuò)的時(shí)間周期，使得存儲(chǔ)區(qū)每個(gè)地址的數(shù)據(jù)、在受到空間粒子影響而發(fā)生“翻轉(zhuǎn)”時(shí)，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地被糾正，一臺(tái)CPU運(yùn)行不正常或計(jì)算結(jié)果不正確時(shí)，可以被及時(shí)隔離，從而確保這個(gè)關(guān)鍵大腦的準(zhǔn)確可靠運(yùn)行。
“履新”太空新“職場(chǎng)”，問(wèn)天的“天問(wèn)”有哪些絕活兒？專(zhuān)家詳解“天問(wèn)一號(hào)”
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5月15日，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋介紹著陸巡視器有關(guān)情況。新華社采訪人員 饒愛(ài)民 攝
【“履新”太空新“職場(chǎng)”，問(wèn)天的“天問(wèn)”有哪些絕活兒？專(zhuān)家詳解“天問(wèn)一號(hào)”】截至目前，環(huán)繞器GNC單元在任務(wù)過(guò)程中，已經(jīng)歷了700多次空間單粒子“翻轉(zhuǎn)”，經(jīng)受住了復(fù)雜嚴(yán)峻未知的空間環(huán)境各種洗禮和考驗(yàn)。
我的狀態(tài)還好嗎？環(huán)繞器“聰明的大腦”每時(shí)每刻都會(huì)問(wèn)自己，“三省其身”。為確保身體健康，環(huán)繞器GNC采用三重自主故障診斷和重構(gòu)策略。根據(jù)三重診斷的結(jié)果，對(duì)故障單機(jī)數(shù)據(jù)首先進(jìn)行隔離，利用正常工作的單機(jī)完成重構(gòu)；對(duì)連續(xù)故障的單機(jī)，自主執(zhí)行復(fù)位、重啟等操作；持續(xù)判斷故障單機(jī)能否恢復(fù)，并具備再次接入系統(tǒng)的條件。
我的能力還夠嗎？對(duì)于每一項(xiàng)控制任務(wù)，環(huán)繞器的GNC分系統(tǒng)所想的是要調(diào)動(dòng)所具備的全部能力來(lái)完成。由于距離遙遠(yuǎn)、通信時(shí)延，面對(duì)故障必須自己診斷、自己尋找解決方案，全自主地調(diào)用可能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)完成任務(wù)。自主進(jìn)行復(fù)雜的切換邏輯、并在切換過(guò)程中保證探測(cè)器姿態(tài)穩(wěn)定和狀態(tài)安全，是環(huán)繞器“聰明的大腦”制勝法寶之一。
“履新”太空新“職場(chǎng)”，問(wèn)天的“天問(wèn)”有哪些絕活兒？專(zhuān)家詳解“天問(wèn)一號(hào)”
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5月15日，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋介紹火星車(chē)情況。新華社采訪人員 饒愛(ài)民 攝
我的任務(wù)完成了嗎？環(huán)繞器GNC系統(tǒng)利用相關(guān)測(cè)量單機(jī)的數(shù)據(jù)計(jì)算，“聰明的大腦”就可以判斷自己是否完成任務(wù)。為了保證中途修正、制動(dòng)捕獲、軌道調(diào)整等速度增量的控制精度，“天問(wèn)一號(hào)”在軌飛行控制過(guò)程中，八院環(huán)繞器GNC團(tuán)隊(duì)還會(huì)時(shí)刻關(guān)注著他，并通過(guò)多重修正措施，確保“大腦”能夠準(zhǔn)確判斷出任務(wù)是否執(zhí)行結(jié)束，這也是環(huán)繞器GNC系統(tǒng)的另一制勝法寶。
勇敢闖蕩浩瀚宇宙，憑借自己的觀察力、思考力與執(zhí)行力，環(huán)繞器圓滿(mǎn)完成了從“星際飛行器”到“中繼通信衛(wèi)星”的華麗轉(zhuǎn)身，成功踏上“太空履新”之旅。

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