晒晒智能化的神舟九号-神舟九号飞船智能化设计一瞥

1、 晒晒“智能化”的神舟九号神舟九号飞船智能化设计一瞥 五轩为了确保航天员的安全，完成首次载人交会对接任务，承担神舟九号飞船研制的工程科技人员在打造智能化载人飞船上，倾注了大量的心血。神舟九号是一艘智能化程度很高的载人飞船。神舟九号飞船和航天员相关的信息都能通过飞船的仪表来显示。与神舟八号一样，神舟九号也是由14个分系统组成。显示飞船动态的有53幅页面图，对飞船上14个分系统各种参数全面汇总，舱内53幅页面图全盘掌控以及两类应急救生模式的启用等等，这一切，都依靠仪表控制器应用软件来完成，这就是神舟九号的仪表控制器应用软件智能管理系统。为了打造神舟九号的超级智囊，承担任务的科技人员攻克了多项技术难

2、关并刷新了技术指标。隶属于仪表与照明分系统的仪表控制器应用软件虽然听起来不起眼，却可发挥智能管理员的重要作用。神舟九号飞船上14个分系统所有的参数内容都要通过数管分系统转发到飞船仪表上来显示，而要想将复杂的参数变成航天员可以掌握的直观数值，仪表控制器应用软件作为智能管理员直接发挥作用。也就是说当神舟九号各个分系统开始运行的时候，所产生的数据会汇集到数管分系统，然后智能管理员对数据进行汇总，并转换为航天员可以直观识别和操作的内容；并在仪表上显示出来。这样，航天员通过飞船上的仪表就可以直观地了解与飞船有关的所有参数，时刻掌握飞船各个部分的运行状态。仪表显示系统是载人飞行器特有的一个系统，是实现航天

3、员与飞行器进行人机交互的重要系统。它包括显示终端设备、手动控制设备、语音提示设备等。航天员通过这些载人飞船上特有的设备可以及时地了解飞船的状态、控制飞船。没有了这些设备，航天员就等于没有了“眼睛”、 “耳朵”和“手”，失去了操控飞船的能力。神舟九号飞船全姿态图、彩色地图、载人交会对接页面在神舟九号飞船上共有53幅页面显示飞船各部分的情况。并根据载人交会对接任务的需要，显示包括世界地图、航天员身体情况等相关内容。这些都是由作为智能管理员的仪表控制器应用软件来提供的。仪表控制器应用软件采用独特的图形显示技术，通过文字、图形、动画的方式，显示出飞船轨迹、姿态、飞行状态以及各分系统信息。使用这一独特的

4、图形显示技术，不仅能得到新颖的仪表控制器显示效果，而且实现了空间智能化仪表中的图形、文字的处理与显示，为航天员执行任务提供了清晰、直观、舒适的显示界面，并且这样的设计更符合人机工效学原理，提高了航天员执行任务的效率，减轻了航天员的负担。科技人员为航天员想得更远，更周到，在未来的空间任务中，他们将根据需要适当开发部分具有娱乐功能的界面，以便缓解航天员的精神压力。为了满足神舟九号、天宫一号载人交会对接任务中对人机交互功能特点的需求，在保障数据信息正常显示的基础上，增加了更为丰富的图形显示功能。基于以上显示任务需求的增加，神舟九号、天宫一号仪表显示设备使用大尺寸、彩色tft液晶显示器替换了以往使用的

5、单色显示屏。该设计为载人航天器仪表设备中首次使用，技术难度非常大，且没有现成可以借鉴的设计经验。液晶显示器(lcd)在前苏联联盟号、东方号等飞船和美国水星号、双子星座号等飞船上都没用过，他们当时一般多是用二次机电仪表，个别型号飞船上用了阴极射线管显示器，美国也是到1993年才在航天飞机上试用。因此，这种液晶显示器和地面不一样，要解决承受飞船发射等一系列冲击、振动等恶劣复杂的环境考验，及考察其对空间微重力和辐射环境的适应性。加之航天器飞入太空之后不像地面仪表修理起来那么方便，一切需从载人考虑，对其可靠性及安全性要求很高。为了能够更好地满足载人交会对接任务对人机交互的新需求，仪表显示系统设备需要彻

6、底的重新设计，技术难度非常大，一些技术是第一次应用，没有现成的经验可借鉴，这对于整个仪表显示系统研制队伍是一个巨大的挑战，而且，承担任务的是一支年轻的团队，平均年龄刚到30岁。这快“难啃的骨头”需要采用彩色液晶屏等新技术，每项新技术对手年轻的研制团队来说都是一道难题。但是，研制团队并没有被困难吓倒，他们进行了合理的技术分工，对各个技术难题进行深入的攻关。从接到任务的那一刻开始，他们的办公室和实验室就亮起了长明灯，经常夜深人静的时候这里还灯火通明。那段时间办公室里最常听到的电话就是家人催促吃饭的电话。就是这个团队，他们用了5个多月的时间就完成了原理性样机的研制，用了不到一年半的时间研制完成了原理

7、样机到电性件、鉴定件、正样件产品。在这18个月的时期内，许多同志出差在外一、二个月，日以继夜地查阅文献资料与技术方案报告，许多人为了解决一个难题，通宵达旦地进行实验。他们编写的设计，文档就有一千多份，最终只为了一个目标：用自己全部的心血和努力，去实现我国首次载人交会对接任务的圆满成功。两种模式确保返回时航天员的安全在载人交会对接中，由于任务的需要，神舟九号飞船要频繁地变轨，以往实行的地面计算落点的方式可以为航天员实现安全返回提供帮助。然而，为了进一步保障航天员的安全，提升飞船自主运行的能力，飞船系统设计了在轨自主应急返回的救生方案。也就是说一旦飞船与地面失去联系，地面指挥系统将无法为飞船计算准

8、确的落点，飞船将启动自主应急返回系统。如果险情发生，科技人员设计的仪表控制器应用软件这个智能管理员将发挥作用。它可以进行轨道预报，并通过神经网络计算落点的控制参数，寻找落点的优选方案，进而实现飞船的自主应急返回。自主应急返回系统的应用，进一步提升了飞船及航天员自身的安全性，实现了完全由飞船仪表控制器应用软件自主快速计算返回控制参数的功能，解决了飞船在地面测控通信网外可进行自主应急返回的技术难题。神舟八号飞船在轨飞行期间，仪表控制器应用软件针对自主应急返回进行了两次在轨验证，落点计算结果准确无误，充分验证了这一技术的可靠性。5万行软件代码倾情撰写神舟九号的超级智囊，是由5万行软件代码所支撑。承担

9、任务的科技人员为了使飞船的超级智囊更加强大，倾注了巨大的智慧和汗水，以自主应急，返回系统中的落区算法为例，仅这一项就需要完成6000行代码的编写工作。从2007年开始接受软件的研制任务。科技人员就开始了仪表控制器应用软件的研制工作。为了让智能管理员的工作更为高效，技术人员先后根据载人交会对接的需要，对仪表控制器应用软件进行了十几次的参数修改和更新。他们的目的只有一个，就是使应用软件这个智能管理员更为聪明、高效。在轨软件适时更新为了确保软件在轨期间的稳定运行，科技人员通过对软件进行优化设计，巧妙实现了在地面就可以对目标飞行器上的软件进行监测并适时更新，可适时对软件进行升级，同时还可以保证为飞船上

10、航天员的超级智囊增加新的功能。暗夜中的“启明星”圆满完成首次载人交会对接任务，特别是航天员手控操作与天宫一号目标飞行器的对接，舱外大功率照明设备交会对接灯是其中的关键一环。它不仅为航天员照亮了交会对接目标，也为地球上的观众们能够亲眼见证这一激动人心的时刻提供了美轮美奂的光影效果。众所周知，摄影是用光的艺术，如果没有好的光源，是出不来好的作品的。交会对接灯的设计目的就是为航天员手控对接时提供良好的视场照明，为摄像机提供可靠的光源支持。国际上此类照明灯光源多采用金属卤素灯，应用于空间照明有其不可避免的缺点，例如真空封装，防爆性差；灯体体积较大，布光难度大等。新型固态照明光源半导体发光器件led恰好

11、弥补了上述不足，并且比金卤灯有更长的使用寿命和更便利的布光方式。安装在神舟九号飞船外边的交会对接灯，在国内外首次创新性地采用了大功率led作为聚光照明光源，解决了大功率新型照明产品应用于飞船舱外恶劣空间环境的一系列关键技术。以交会对接灯热设计为例，该产品在进行热设计时，单纯考虑单机热设计是远远不够的，因为舱外设备在工作时不仅要保证自身的温度在可控范围内，还要保证不给飞船舱体的温度控制添麻烦。通俗地讲，交会对接灯在进行热设计时既要解决近百颗新型照明产品高密度发光时的散热问题，又要保证新型照明产品的工作温度不会低于其使用临界值，最后还要保证交会对接灯不会成为飞船舱体的漏热源，所以设计难度可见一斑。在经历了设计、仿真、样机试验、优化设计、再仿真、再试验以及若干次的评审讨论之后，最终确定采用适合新型照明产品的辐射散热结构设计、结构表面特殊热控涂层处理、低温工况温度主动补偿、产品外表面包覆保温材料的方式解决温度控制这个难题。除此之外，由于交会对接灯在飞船舱外工作，势必会受到来自空间特殊环境的影响。主要包括紫外辐照、总剂量辐照以及原子氧辐照，这些空间辐照如果不能进行有效的防护或者减弱，那么将导致交会对接灯性能降低，可靠性无法保证，严重时如果交会对接灯失效，交会对接任务可能就会无法完成。问题的严重性不言而喻。为了解决该难题，