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航天 （航天）牧星太空的“超級算霸”——記西安衛(wèi)星測控中心宇航動力學(xué)國家重點實驗室主任李恒年

新華社西安5月28日電題：牧星太空的“超級算霸”——記西安衛(wèi)星測控中心宇航動力學(xué)國家重點實驗室主任李恒年
李國利、呂炳宏、田枝
5月15日，天問一號探測器成功著陸火星。天問奔火的背后，很大程度上得益于“智能精密定軌系統(tǒng)”的支撐，這是因為這套凝結(jié)著李恒年團(tuán)隊多年心血的軟件，可確保探測器始終飛行在預(yù)定軌道上。
今年54歲的李恒年，是西安衛(wèi)星測控中心研究員、宇航動力學(xué)國家重點實驗室主任。從事航天測控技術(shù)研究近30年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊在牧星太空的創(chuàng)新之路上一次次發(fā)起沖鋒，先后攻克航天器軌道與姿態(tài)控制等多項技術(shù)難題，10多次獲國家和部委級以上科技進(jìn)步獎，為推動我國航天測控綜合能力躋身世界前列作出了貢獻(xiàn)，被譽(yù)為牧星太空的“超級算霸”。
（一）
2019年7月，由于系統(tǒng)故障，歐洲伽利略系統(tǒng)20余顆導(dǎo)航衛(wèi)星全部“掉線”，而我國所有在軌的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星運(yùn)行穩(wěn)定、狀態(tài)良好。
事實上，如何設(shè)計組網(wǎng)構(gòu)型穩(wěn)定控制方案確保北斗系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，一度是李恒年團(tuán)隊在北斗全球系統(tǒng)建設(shè)之初亟待攻克的課題。
為此，李恒年從基礎(chǔ)研究做起，帶領(lǐng)課題組集智攻關(guān)，創(chuàng)新提出“軌道偏置組網(wǎng)利用軌道攝動、固化相對構(gòu)型維持星座穩(wěn)定”的控制方案，攻克星座發(fā)散和穩(wěn)定控制難題，應(yīng)用于北斗星座部署和長期運(yùn)行控制，使中國北斗導(dǎo)航服務(wù)的連續(xù)性、穩(wěn)定性顯著提升。
地球同步軌道帶是世界各國通信衛(wèi)星、電視廣播衛(wèi)星唯一的工作軌道，也是各國競相占據(jù)的寶貴資源。
軌位緊張，未來的高軌衛(wèi)星就可能“無處安家”，歐美國家提出依靠數(shù)據(jù)共享的多星共位控制模式。李恒年認(rèn)為，這種模式會對衛(wèi)星產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的干擾，甚至出現(xiàn)碰撞風(fēng)險，果斷帶領(lǐng)團(tuán)隊創(chuàng)建同步衛(wèi)星多星共位定點攝動隔離控制理論和方法。目前，這項技術(shù)已幫助我國與其他國家40余顆衛(wèi)星在9個軌位上實現(xiàn)共位，最多有5星安全長期共位運(yùn)行。
（二）
過去，航天測控都是軌道工程師借助軟件進(jìn)行人工操作。隨著太空中的航天器越來越多，單純的人工操作已不再適應(yīng)高強(qiáng)度軌道計算工作。
針對深空探測定軌特點，李恒年帶領(lǐng)團(tuán)隊僅用4年就完成了對整個精密定軌系統(tǒng)中的中心天體連續(xù)切換、高精度時間系統(tǒng)的重新架構(gòu)，滿足了航天測控任務(wù)的多樣化需求。
2020年7月23日，天問一號火星探測器發(fā)射升空，傾注了李恒年團(tuán)隊多年心血的智能精密定軌系統(tǒng)首次亮相，并與中心軌道計算團(tuán)隊聯(lián)袂全程參與任務(wù)進(jìn)程。在6個多月的奔火旅程中，智能精密定軌系統(tǒng)軟件計算能力和精度得到了初步檢驗，為天問一號提供了精準(zhǔn)可靠的軌道輸入。
多年來，李恒年在創(chuàng)新的道路上腳步從未停止——
1999年底，風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星即將發(fā)射。剛參加工作不久的李恒年刻苦攻關(guān)兩個月，建起全新的數(shù)學(xué)模型，編寫配套資控軟件，使這顆衛(wèi)星的軌控精度大大提升的同時，節(jié)省了近15公斤的星上燃料。
面對地球同步軌道衛(wèi)星保持定點需要地面不斷對衛(wèi)星軌道進(jìn)行調(diào)整以克服攝動影響的問題，李恒年建立了抑制軌道高頻項的軌道控制模型和算法，使我國80余顆地球同步軌道衛(wèi)星實現(xiàn)了長時間高精度位置保持，定點精度實現(xiàn)了從正負(fù)0.5°到正負(fù)0.05°的跨越，達(dá)到世界一流水平。
（三）
在西安衛(wèi)星測控中心，有一套由李恒年團(tuán)隊主導(dǎo)研發(fā)的“數(shù)字衛(wèi)星”系統(tǒng)。系統(tǒng)中，太陽能帆板、推進(jìn)器、應(yīng)答機(jī)，甚至是一顆小小的螺絲釘，都能通過可視化、數(shù)字化的方式模擬仿真出來。
“數(shù)字衛(wèi)星”的研發(fā)，還要從15年前的“太空營救”說起——2006年10月，我國某遙感衛(wèi)星突發(fā)故障，在太空中急速翻滾，與地面的聯(lián)系時斷時續(xù)。
“生病”的衛(wèi)星看不見摸不著，留給李恒年的只有海量的、碎片化的遙測數(shù)據(jù)。“往往前一天完成的數(shù)學(xué)模型，第二天卻錯亂得一塌糊涂。”
能不能通過模擬仿真來實現(xiàn)星上故障的復(fù)現(xiàn)？慢慢地，“數(shù)字衛(wèi)星”概念在李恒年的腦海中清晰起來，他帶領(lǐng)團(tuán)隊整理收集海量衛(wèi)星平臺、遙測數(shù)據(jù)，以及多年來中心搶救衛(wèi)星的實際案例，在計算機(jī)中將一顆顆真實的衛(wèi)星完整地模擬了出來。
經(jīng)過69天的“太空營救”，衛(wèi)星起死回生。
“航天領(lǐng)域發(fā)展日新月異,只有把科研創(chuàng)新的目標(biāo)定位在關(guān)鍵領(lǐng)域，率先突破，才能實現(xiàn)從跟跑到并跑再到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變。”西安衛(wèi)星測控中心技術(shù)部主任喻學(xué)明深有感觸地說。
現(xiàn)在，李恒年的視野已經(jīng)從小小的衛(wèi)星拓展到了整個宇宙空間，帶領(lǐng)團(tuán)隊潛心研究大規(guī)模實體仿真推演計算框架，構(gòu)建衛(wèi)星、測控站、望遠(yuǎn)鏡和雷達(dá)等實體數(shù)字模型，通過系統(tǒng)集成形成數(shù)字太空系統(tǒng)，全面實現(xiàn)“平行太空”概念。

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