信息化在“嫦娥一号”卫星上的应用

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  各位领导、各位专家、各位IT的领军人物们,上午好!
  非常高兴,我有机会在今年的CIO年会上介绍一下信息化技术在“嫦娥一号”卫星上的应用。
  我做关于信息化的演讲,开个玩笑,是不太适合的,因为我本身是“嫦娥一号”卫星总指挥和设计师。但是在1988年到2002年长达14年的时间里,我承担了中国空间技术研究院信息化总工程师的工作,所以也可以报告一下这方面的内容。
  我首先简单介绍一下“嫦娥一号”卫星,然后谈一谈信息化技术的应用和信息技术应用的成效。
  
  “嫦娥一号”卫星简介
  
  “嫦娥一号”卫星的研制和发射,是我国深空探测活动的开端,在我国航天史上将成为继人造卫星和载人航天工程后的第三个里程碑。作为我国第一颗月球探测卫星,“嫦娥一号”卫星主要由中国航天科技集团空间技术研究院负责研制,为完成我国的航天任务贡献了力量。
  根据我国月球探测工程的总体规划,月球探测一期工程的主要目标是研制环月探测卫星,突破地月转移等环月飞行的关键技术,对月球进行环绕遥感探测,初步建立工程目标和科学目标。
  工程目标是研制和发射我国第一颗月球探测卫星,初步掌握绕月探测基本技术,首次开展月球科学探测,为月球探测贡献经验。科学目标是获取月球表面的三维影像,分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点,探测月球环境等。
  “嫦娥一号”卫星的发射质量约2350kg,干重为1150kg,推进剂1200kg,携带140kg的载荷,在距月面200km的极月圆轨道上,对月球及月球空间进行科学探测。卫星的寿命为一年。卫星物理上由9个分系统组成,可分为服务系统和载荷两大部分,服务系统包括结构、热控、制导等。
  整个飞行过程分为7个阶段,射前准备、主动段、调相轨道、地月转移等等,到目前已经全部完成。它是10月24日由运载火箭送入到近地点200km、远地点51000km、倾角31度的地球椭圆轨道上的。到目前为止,我们已经获得了月球图面的形象。
  这实现了我国在空间技术领域的多项新技术的突破,包括奔月轨道设计,卫星的制导、导航与控制、S波段定向天线、紫外月球敏感器等,实现了远距离测控通信、热控、供配电等。
  有一段时间,网上有一个不负责任的消息,说卫星丢了。卫星没有丢,那是因为天体运行的规律,我们有长达几个小时的时间会看不到这个卫星,这不叫丢了,这是在我们的考虑之中的。正是因为这样,卫星系统具有非常高的自给自足的功能。
  
  信息化技术的应用
  
  “嫦娥一号”卫星是我国航天事业开展深空探测的开篇作。其意义重大,其研制的特点是性能高、交付周期短、首发成功。迫切需要采用信息化技术改造工作流程、改进研制手段、提高管理水平和研制能力,重点要解决以下矛盾 。
  第一,任务与能力之间的矛盾; 第二,产品性能与新的要求之间的矛盾; 第三,多学科交叉与专业分工之间的矛盾; 第四,系统高度集成性与研制单位地理分散性的矛盾。
  “嫦娥一号”卫星是一个完全自主创新的国家重大项目,有着技术上与管理上的多项创新点。我们仅用3年多的时间就高质量地完成了这一艰巨任务,且一次成功,运行到现在,没有任何细小的问题,这得益于多方面的贡献,其中,信息技术是重要的因素。
  在立项之初,我们就充分利用了仿真手段,确立了合理的方案、优化的参数,特别是最优的轨道设计,这为顺利完成任务奠定了坚实的基础。
  我们建立了复杂而逼真的数字环境模型,进行各项试验,以验证设计的正确性。因为我们不可能先发卫星到月球上去实验一下,所有的试验全部要在地面上验证。我们进行了热试验、运行监控试验等等。
  我们充分利用历史数据,通过数据重用和分析仿真减少了部分试验,节省了时间和经费。大家都知道,一个卫星上天必须进行大量的试验,而逼真的实验往往需要花费大量的金钱和精力,现在用数据就可以进行了。
  我们大量采用了改造和引进自动化研究的各种机械、电子、高频、无线等软件,保证了卫星产品设计一次到位的质量要求。
   我们还采用了数字化的手段,完成了卫星的总体布局、总装设计和结构设计,取消了传统的实物模型装星,缩短了设计时间,提高了设计更改的快速反应。
  
  信息技术应用的成效
  
  “嫦娥一号”的例子充分说明了,信息化使得我们可以用3年的时间,完成过去8~9年才能完成的工作。我们从下面的过程可以看出来, 数字化的设计,改变了以往的设计流程。过去传统的流程需要20天,我们现在的流程1~2天就可以完成了。
  数字化的设计、制造促进了流程的再造,实现了质量的提升。在卫星结构的研制中,广泛应用CAD/CAM/CAE技术,在各种工装与模具的设计中全面采用了三维设计,三/二维CAD出图率达到了100%。通过对重要、关键件的加工仿真,取消了零件的试切削,不仅缩短了加工周期,创造了经济效益,而且提高了加工质量,减少了差错。
  用航天PDM软件/AVDIM进行工程电子文档包括报告、图纸、图表的流转、签署、分发和版本控制。我们用网络技术建立了统一的桌面办公和近、远距视频交流环境,加速了研制部门、发射场、飞控中心间的信息流通,这使我们能够在任何时间、任何地点获得信息。
  我们建立了以数字实物仿真为主的地面飞控决策支持系统,制定了应对策略,保证嫦娥奔月、环月的可靠性; 建立了动画视频显示系统,在实际飞行数据驱动下,形象逼真地展示了卫星飞行的全过程,方便全国人民观察、了解卫星的飞行过程。
  在管理当中,利用系统工程理论和现代管理方法,对航天产品的研制、工程管理和过程进行控制,是航天事业成功的一条重要经验。卫星项目采用以总指挥与总设计师为主要责任人的两总管理体制,强调整体资源平衡下的综合协调,采用自上而下的任务分解与自下而上的产品汇总。在卫星型号研制中,全面推行项目管理的信息化,依托AVIDM活动,建立贯穿决策层、职能管理层、项目经理、计划经理和项目参与人员的全员数字化管理环境,采用统一的数字化平台,对工程技术和管理人员进行管理。
  多级计划编制、下发、执行和控制跟踪,也是卫星成功的一个重要保证。以项目计划为纽带的多系统信息集成,通过项目计划与财务、物资等信息关联,实现了对部门的计划执行、资源占用、经费开支等要素运行的监控,为综合管理提供及时、准确、量化的决策信息,提升了科研生产综合计划的管理能力。
  需要说明的是,我刚才讲的只是“嫦娥一号”卫星信息化工作的一个方面,就是如何利用信息化这个工具来支撑“嫦娥一号”。另外一个方面我没有介绍,简单提两句。“嫦娥一号”卫星本身具有众多的计算机和大量的软件。比方说,“嫦娥一号”卫星上的软件条数有近100万条,还不包括其他的软件。在这里就不向大家介绍了。
  下一步,我们马上就要开展“嫦娥”二期工程。我们将把一个飞行器和着陆器放在月球上,要在月球上着陆、返回,这些工作都离不开信息化。应该讲,航天工作的发展推进了信息化的应用,同时,信息化的发展为航天业的发展也提供了很好的平台。谢谢大家!(以上发言根据现场录音整理,未经本人审阅)
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