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牧星太空的“超级算霸”——记西安卫星测控中心宇航动力学国家重点实验室主任李恒年

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发表于 2021-06-11 20:46 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式

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新华社西安5月28日电 题:牧星太空的“超级算霸”——记西安卫星测控中心宇航动力学国家重点实验室主任李恒年

李国利、吕炳宏、田枝

5月15日,天问一号探测器成功着陆火星。天问奔火的背后,很大程度上得益于“智能精密定轨系统”的支撑,这是因为这套凝结着李恒年团队多年心血的软件,可确保探测器始终飞行在预定轨道上。

今年54岁的李恒年,是西安卫星测控中心研究员、宇航动力学国家重点实验室主任。从事航天测控技术研究近30年,他带领团队在牧星太空的创新之路上一次次发起冲锋,先后攻克航天器轨道与姿态控制等多项技术难题,10多次获国家和部委级以上科技进步奖,为推动我国航天测控综合能力跻身世界前列作出了贡献,被誉为牧星太空的“超级算霸”。

(一)

2019年7月,由于系统故障,欧洲伽利略系统20余颗导航卫星全部“掉线”,而我国所有在轨的北斗导航卫星运行稳定、状态良好。

事实上,如何设计组网构型稳定控制方案确保北斗系统稳定可靠,一度是李恒年团队在北斗全球系统建设之初亟待攻克的课题。

为此,李恒年从基础研究做起,带领课题组集智攻关,创新提出“轨道偏置组网利用轨道摄动、固化相对构型维持星座稳定”的控制方案,攻克星座发散和稳定控制难题,应用于北斗星座部署和长期运行控制,使中国北斗导航服务的连续性、稳定性显著提升。

地球同步轨道带是世界各国通信卫星、电视广播卫星唯一的工作轨道,也是各国竞相占据的宝贵资源。

轨位紧张,未来的高轨卫星就可能“无处安家”,欧美国家提出依靠数据共享的多星共位控制模式。李恒年认为,这种模式会对卫星产生较为强烈的干扰,甚至出现碰撞风险,果断带领团队创建同步卫星多星共位定点摄动隔离控制理论和方法。目前,这项技术已帮助我国与其他国家40余颗卫星在9个轨位上实现共位,最多有5星安全长期共位运行。

(二)

过去,航天测控都是轨道工程师借助软件进行人工操作。随着太空中的航天器越来越多,单纯的人工操作已不再适应高强度轨道计算工作。

针对深空探测定轨特点,李恒年带领团队仅用4年就完成了对整个精密定轨系统中的中心天体连续切换、高精度时间系统的重新架构,满足了航天测控任务的多样化需求。

2020年7月23日,天问一号火星探测器发射升空,倾注了李恒年团队多年心血的智能精密定轨系统首次亮相,并与中心轨道计算团队联袂全程参与任务进程。在6个多月的奔火旅程中,智能精密定轨系统软件计算能力和精度得到了初步检验,为天问一号提供了精准可靠的轨道输入。

多年来,李恒年在创新的道路上脚步从未停止——

1999年底,风云二号气象卫星即将发射。刚参加工作不久的李恒年刻苦攻关两个月,建起全新的数学模型,编写配套资控软件,使这颗卫星的轨控精度大大提升的同时,节省了近15公斤的星上燃料。

面对地球同步轨道卫星保持定点需要地面不断对卫星轨道进行调整以克服摄动影响的问题,李恒年建立了抑制轨道高频项的轨道控制模型和算法,使我国80余颗地球同步轨道卫星实现了长时间高精度位置保持,定点精度实现了从正负0.5°到正负0.05°的跨越,达到世界一流水平。

(三)

在西安卫星测控中心,有一套由李恒年团队主导研发的“数字卫星”系统。系统中,太阳能帆板、推进器、应答机,甚至是一颗小小的螺丝钉,都能通过可视化、数字化的方式模拟仿真出来。

“数字卫星”的研发,还要从15年前的“太空营救”说起——2006年10月,我国某遥感卫星突发故障,在太空中急速翻滚,与地面的联系时断时续。

“生病”的卫星看不见摸不着,留给李恒年的只有海量的、碎片化的遥测数据。“往往前一天完成的数学模型,第二天却错乱得一塌糊涂。”

能不能通过模拟仿真来实现星上故障的复现?慢慢地,“数字卫星”概念在李恒年的脑海中清晰起来,他带领团队整理收集海量卫星平台、遥测数据,以及多年来中心抢救卫星的实际案例,在计算机中将一颗颗真实的卫星完整地模拟了出来。

经过69天的“太空营救”,卫星起死回生。

“航天领域发展日新月异,只有把科研创新的目标定位在关键领域,率先突破,才能实现从跟跑到并跑再到领跑的转变。”西安卫星测控中心技术部主任喻学明深有感触地说。

现在,李恒年的视野已经从小小的卫星拓展到了整个宇宙空间,带领团队潜心研究大规模实体仿真推演计算框架,构建卫星、测控站、望远镜和雷达等实体数字模型,通过系统集成形成数字太空系统,全面实现“平行太空”概念。

“只有超前准备,才能在竞争中占据一席之地。”李恒年说。
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 楼主| 发表于 2021-06-11 20:46 超大游击队员 | 显示全部楼层
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