牧星太空的“超级团队”

仙仙

世界标准时间2019年7月11日，欧洲全球导航卫星系统局发出一条令世人震惊的公告：伽利略卫星导航系统的信号不可用，服务中断，恢复时间暂时无法确定。


在地球另一端的东方，北京时间7月12日，我国北斗导航系统向世界宣告：西安卫星测控中心数据显示，北斗导航系统在轨运行的34颗卫星，运行稳定、状态良好，正常提供高精度导航服务。




这一简短的消息背后，凝结了中国航天人数十年如一日的探索进取。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李恒年及其团队便是其中的代表。




北斗全球导航系统作为一个庞大的导航卫星星座，其中单个卫星轨道稍有偏差，就会引起星座构型发散，导致系统性能降低，影响导航精度。如果频繁对卫星进行轨道调控，很容易导致导航服务中断。




如何设计组网构型稳定控制方案，确保北斗系统稳定可靠？在北斗全球导航系统建设之初，这一度成为李恒年及其团队亟待解决的难题。


对此，李恒年带领团队经过数年攻关，最终形成的控制方案，使北斗星座导航服务的连续性、稳定性显著提升，星座发散和稳定控制等难题得以解决。这一控制方案，为世界范围内相关研究贡献了中国智慧。


近年来，人类太空活动日益频繁，世界各国在通信卫星、电视广播卫星唯一工作轨道——地球同步轨道带上的竞争也日趋激烈。这条环绕赤道上空、距地面约36000公里的轨道，成为各国竞相占据的宝贵资源。


轨位紧张，未来高轨卫星可能“无处容身”。


欧美国家在二十世纪研究出依靠数据共享的“多星共位”控制模式，意图通过在一个轨道位置放置多颗卫星。然而，李恒年经过研究发现，这种传统的多星共位控制模式，会对我国卫星产生较强烈干扰，甚至可能会出现卫星碰撞的风险。对此，他带领团队果断创建同步卫星多星共位定点摄动隔离控制的理论和方法，在国际谈判中为我国卫星占据高轨轨位赢得一席之地。


目前，该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，最多可实现5星长期安全地共位运行。该项技术也已成为我国北斗、中星、天链等系列同步轨道卫星安全共位控制的基础性技术，有效解决了同步轨位资源高效安全利用的难题。


在世界航天测控技术基础性研究上，李恒年又一次贡献出了中国方案。




以往，航天测控由轨道工程师借助软件进行人工操作。随着太空中航天器越来越多，单纯的人工操作已不适应如今高强度轨道计算工作。


如何让精密定轨技术更好地适应未来航天任务需求，这成为李恒年团队又一个攻关目标。




2016年3月，人工智能AlphaGo完胜韩国职业围棋九段选手李世石的围棋人机大战，在国际上引起轰动，同时也激起了李恒年的创新灵感：让人工智能助力精密定轨技术。


他立即着手研究。随之，一个大胆设想在他脑海里初具轮廓：针对未来航天任务的实际需求，研制一套智能精密定轨系统，从海量任务数据和模拟仿真数据中进行机器学习，在实现轨道计算自动化和智能化的同时，使其具备自我纠错能力，提高轨道确定结果可靠性。


针对深空探测定轨特点，在李恒年的带领下，团队成员仅用4年时间，就完成了相关系统的重新架构。


在此基础上，他们又补充很多新算法，使其具备高度模块化、多层次并行、分布式计算等特点，拥有“定轨+定位”“近地+深空”“实时+事后”等数据处理能力，满足了航天测控任务多样化需求。


如今，李恒年带领团队已将视野拓展到更广阔的宇宙空间。