火星車與著陸巡視器外觀設計構型圖國防科工局探月與航天工程中心供圖
近日，北京航天飛行控制中心圓滿完成了我國首次火星探測任務無線聯試。
北京航天飛行控制中心火星任務團隊負責人崔曉峰向科技日報記者介紹，無線聯試相當於模擬未來航天任務的整個過程。包括哪個階段要發送什麼指令、實施什麼控制，太空飛行器要做什麼動作等等，對任務全程進行演練和測試。
「此次聯試取得成功，我們對火星探測任務心裡就真正有底了。」他說。
控制中心與探測器唯一合練機會
在航天任務中，太空飛行器發射以後，都要由地面控制中心進行控制。無線聯試就是指航天任務實施前，地面控制中心和太空飛行器各個系統之間開展的連接測試。
崔曉峰表示，無線聯試的主要要求，是要能真正有效地覆蓋任務的情況，保證任務可靠性。如果聯試的內容有缺失，導致一部分重要的情形沒有驗證到，無疑會給任務帶來很大風險。因此在聯試準備階段，對其內容、過程、方式方法的設計極為重要。經過多年的航天任務經驗積累，我國已形成一套成熟、科學、高效的體系，來開展這方面的工作籌劃。
按照我國火星探測工程總體計劃安排，我國首次火星探測任務將在今年7月實施。此次無線聯試是火星任務控制中心與火星探測器正樣的唯一一次地面聯合演練。
緊湊的工程進度為無線聯試的開展增加了難度。崔曉峰說，由於工程研製進度十分緊張，各系統工作壓力原本就大，要安排共同時間開展全系統演練，組織工作十分艱巨。
但此時開展無線聯試卻又勢在必行。崔曉峰說，聯試要在各個系統的研製工作基本完成以後進行才有意義。如果進行得過早，各系統狀態可能還沒有完全確定；如果再晚，會直接影響發射前的各項進程。聯試時間，實際上是在具備聯試條件的前提下，根據工程計劃往前倒排而確定下來的。
根據北京航天飛行控制中心發布的消息，本次聯試充分驗證了探測器與地面系統的接口匹配性和一致性，對各類方案、技術狀態、軟硬體系統進行了全面測試，達到了聯試預期效果。
崔曉峰說，在此之前，火星任務控制中心與火星探測器真器本身還沒有進行過交互與控制。聯試整個過程走下來，打通了信息傳遞處理等環節，證明了此前方案的正確性。「這樣，我們對任務的信心就完全建立起來。」他說。
聯試「出卷人」面臨難題
據報導，此次無線聯試採用真實的飛控系統以及真實的太空飛行器，所有重大關鍵過程全部按照1∶1全過程演練。崔曉峰介紹說，聯試的一大原則，就是根據系統驗證的需求，儘可能做到完全真實。
我國首次火星任務將一次實現對火星的繞、落及巡視探測，任務十分複雜。相比我國以往的航天任務，火星探測任務光飛行時間就將近7個月，加上制動下降、著陸火星，任務時間周期很長，可能面臨的情況也很多。但聯試的時間有限，怎樣把整個任務覆蓋進去，把這麼多複雜的工作壓縮到很短的時間裡，成為聯試「出卷人」面臨的難題。
崔曉峰說，對於此次聯試，在前期開展了大量設計工作，以選取最具典型性、代表性的內容進行測試，簡化了一些可以通過其他方式驗證的內容。同時通過時間壓縮等特殊手段，實現全過程覆蓋。
這張「考卷」劃了哪些重點？
崔曉峰說，探測器飛向火星途中需要開展多次軌道修正，接近火星時要進行制動從而進入火星捕獲軌道。此外，探測器在火星降落是整個任務中風險最大的一個環節，在各國火星探測任務中，大部分失敗案例都是在這個環節功虧一簣。探測器進入火星大氣到降落的過程只有幾分鐘，在這麼短時間內需要完成減速以及各種調整。由於火星距離地球非常遙遠，信號傳輸延時長達幾十分鐘，這些動作無法實時控制，只能提前設定編排程序，預先把指令發給探測器，在實施降落時由探測器自主控制。
無線聯試正是要驗證這些指令的正確性。「如果事先計算的控制量、指令的編排有錯誤，任務真正執行的時候就會出問題。而這次聯試正是進行全面檢驗的過程。」崔曉峰說。
火星任務聯試比探月更複雜
由於其重要性，無線聯試是各項航天任務實施前必須經歷的一項考核，包括我國多次開展的探月任務都是如此。不過崔曉峰表示，火星任務無線聯試比探月任務更為複雜。
他說，兩者的不同之處主要源於任務特點。首先月球是地球的衛星，圍繞地球旋轉。火星是行星，它與地球一起圍繞太陽旋轉。這樣一來，地球、探測器以及目標星體之間的相互位置關係就有很大不同。
對於月球車與火星車來說，工作環境也有很大區別。月面雖然有石塊、撞擊坑，但沒有空氣流動，環境相對靜止。火星表面不僅地形複雜，而且有各種天氣變化，可以持續數月的塵暴等惡劣氣候環境，將給探測器帶來嚴峻考驗。
在距離方面，月球距離地球大約30萬公里，信號延遲幾乎可以忽略，對探測器相當於可以實時控制。而火星距離地球最近也有大約5000萬公里，最遠可達4億公里，信號延遲超過地月信號延遲千倍，發給探測器、火星車的指令都需要預先編排規劃，設定好動作以及合適的執行時間。探測器收到指令，在適當時間執行之後，再擇機把數據傳回地球。每一次交互都需要一定周期。
記者了解到，後續北京航天飛行控制中心火星任務團隊將持續完善各項方案預案，優化組織流程，落實技術細節，全力完成我國首次火星探測飛控任務。（記者 付毅飛）