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牧星太空的“超級團隊”

來源︰中國軍網-解放軍報作者︰安普忠 呂炳宏 田枝責任編輯︰楊紅
2021-05-14 06:45

牧星太空的“超級團隊”

■解放軍報記者 安普忠 通訊員 呂炳宏 田 枝

李恆年與青年科技人員探討學術課題。

世界標準時間2019年7月11日,歐洲全球導航衛星系統局發出一條令世人震驚的公告︰伽利略衛星導航系統的信號不可用,服務中斷,恢復時間暫時無法確定。

在地球另一端的東方,北京時間7月12日,我國北斗導航系統向世界宣告︰西安衛星測控中心數據顯示,北斗導航系統在軌運行的34顆衛星,運行穩定、狀態良好,正常提供高精度導航服務。

這一簡短的消息背後,凝結了中國航天人數十年如一日的探索進取。西安衛星測控中心研究員、宇航動力學國家重點實驗室主任李恆年及其團隊便是其中代表。

北斗全球導航系統作為一個龐大的導航衛星星座,其中單個衛星軌道稍有偏差,就會引起星座構型發散,導致系統性能降低,影響導航精度。如果頻繁對衛星進行軌道調控,很容易導致導航服務中斷。

如何設計組網構型穩定控制方案,確保北斗系統穩定可靠?在北斗全球導航系統建設之初,這一度成為李恆年及其團隊亟待解決的難題。

對此,李恆年帶領團隊經過數年攻關,最終形成的控制方案,使北斗星座導航服務的連續性、穩定性顯著提升,星座發散和穩定控制等難題得以解決。這一控制方案,為世界範圍內相關研究貢獻了中國智慧。

近年來,人類太空活動日益頻繁,世界各國在通信衛星、電視廣播衛星唯一工作軌道——地球同步軌道帶上的競爭也日趨激烈。這條環繞赤道上空、距地面約36000公里的軌道,成為各國競相佔據的寶貴資源。

軌位緊張,未來高軌衛星可能“無處容身”。

歐美國家在上個世紀研究出依靠數據共享的“多星共位”控制模式,意圖通過在一個軌道位置放置多顆衛星。然而,李恆年經過研究發現,這種傳統的多星共位控制模式,會對我國衛星產生較強烈干擾,甚至會使衛星出現踫撞風險。對此,他帶領團隊果斷創建同步衛星多星共位定點攝動隔離控制的理論和方法,在國際談判中為我國衛星佔據高軌軌位贏得一席之地。

目前,該項技術已幫助我國與其他國家40余顆衛星在9個軌位上實現共位,最多可實現5星長期安全地共位運行。該項技術也已成為我國北斗、中星、天鏈等系列同步軌道衛星安全共位控制的基礎性技術,有效解決了同步軌位資源高效安全利用的難題。

在世界航天測控技術基礎性研究上,李恆年又一次貢獻出了中國方案。

以往,航天測控由軌道工程師借助軟件進行人工操作。隨著太空中航天器越來越多,單純的人工操作已不適應如今高強度軌道計算工作。

如何讓精密定軌技術更好地適應未來航天任務需求,這成為李恆年團隊又一個攻關目標。

長征五號火箭搭載“天問一號”發射升空。

2016年3月,人工智能AlphaGo完勝韓國職業圍棋九段選手李世石的圍棋人機大戰,在國際上引起轟動,同時也激起了李恆年的創新靈感︰讓人工智能助力精密定軌技術。

他立即著手研究。隨之,一個大膽設想在他腦海里初具輪廓︰針對未來航天任務的實際需求,研制一套智能精密定軌系統,從海量任務數據和模擬仿真數據中進行機器學習,在實現軌道計算自動化和智能化的同時,使其具備自我糾錯能力,提高軌道確定結果可靠性。

針對深空探測定軌特點,在李恆年帶領下,團隊成員僅用4年時間,就完成了相關系統的重新架構。

在此基礎上,他們又補充很多新算法,使其具備高度模塊化、多層次並行、分布式計算等特點,擁有“定軌+定位”“近地+深空”“實時+事後”等數據處理能力,滿足了航天測控任務多樣化需求。

2021年2月24日6時29分,首次執行火星探測任務的“天問一號”探測器,成功實施第3次近火制動,進入火星停泊軌道。傾注了李恆年團隊多年心血的智能精密定軌系統在此次“火星之旅”中首次亮相,並與西安衛星測控中心的軌道計算團隊聯袂,全程參與任務。在探測器歷時6個多月的奔火旅程中,它的軟件計算能力和精度得到初步檢驗,相關指標達到完成精密定軌任務需求,為“天問一號”提供了精準可靠的軌道輸入。

如今,李恆年帶領團隊已將視野拓展到更廣闊宇宙空間。

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