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军民合作创佳绩 重大师生助航天

—— ——重庆大学柴毅教授团队研发海南文昌航天发射场地勤监测系统纪实
日期 : 2016-07-11
摘要
2016年6月25日20点,我国全新研制的新一代中型运载火箭长征七号托举“升级版”太空摆渡车点火起飞,成功将5类6项载荷送入预定轨道。在此次发射任务中,重庆大学自动化学院柴毅教授团队研发的地勤监测系统出色地完成了针对发射场地勤工况的监测工作,为发射任务的圆满完成提供可靠保障。

2016年6月25日20点,在海南文昌航天发射场我国全新研制的新一代中型运载火箭长征七号托举“升级版”太空摆渡车——远征-1A上面级点火起飞,成功将5类6项载荷送入预定轨道。这是我国新建的海南文昌航天发射场的首发任务,是我国大推力运载火箭试验任务的一座里程碑。

在此次发射任务中,重庆大学自动化学院柴毅教授团队研发的地勤监测系统出色地完成了针对发射场地勤工况的监测工作,为发射任务的圆满完成提供实时可靠的可视化监测、运行状况评估和数据判读分析支持。

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长征七号运载火箭发射的飒爽英姿

万丈高楼平地起

2007年8月,中央批准在海南省文昌市建设新一代运载火箭发射场,由西昌卫星发射中心负责建设、管理、使用。该发射场的建设课题新、时间紧、任务重、情况复杂,对于我国的航天事业发展具有至关重要的作用。从2013年开始,柴毅教授团队成员积极参加到发射场系统的建设工作中,具体负责地勤监测系统的研发任务。

地勤监测系统主要是在发射场日常运行及任务工作期间接收场区地勤各系统的数据信息,对地勤各系统的运行状态进行实时监测。在项目起始阶段,柴毅教授带领团队的张可、郭茂耘、毛永芳、屈剑锋、魏善碧、尹宏鹏等多位副教授,和研究生一道,根据海南文昌航天发射场方面提出的系统需求进行了仔细而全面的分析研究,并根据发射场地勤协同工作系统多、数据流量大、参数种类多、流程时序严格、实时分析评估等特性及“一体化、可视化”的思想进行了系统的结构设计及功能模块设计。以实现海量、地勤各系统实时运行工况数据的可视化为切入点,创新了“非结构化数据+实时数据常驻内存”的数据交互存储模式,对试验任务中产生的海量实时数据进行分类处理,并及时的将历史数据归档,突破了传统对于大规模实时异构数据在存储、交互和处理过程中存在的滞后和丢包等技术难题,保障了试验任务全过程数据的完整性。并采用多种主流新技术,丰富了系统信息可视化能力及图形化呈现效果,建立了一个功能明确、交互性强、界面友好的软件系统平台。经航天系统级的严格测试,该系统能够满足6万多个不同参数同时涌现的苛刻发射指挥需求,实现了在海量数据高速传输条件下,对接收数据的实时可视化监测、系统运行状况评估和数据判读分析支持,以及安全、稳定、实时、有效存储要求。

整个系统在研发过程中和实施完成后,得到了来自航天领域多个部门领导专家的好评和关注,为后期同类系统的研发提供了宝贵的经验,也推进了发射场系统软件全面国产化建设的步伐。

宝剑锋从磨砺出

系统立项之初,团队就在柴毅教授的指导下,进行了多次现场调研和需求分析讨论,十几次的设计方案和探讨系统的结构模块和功能。其中多个具体功能是在团队成员经过一再的思维碰撞后,由柴毅教授和张可副教授在发射场返程的列车上敲定方案,这为团队内一直所津津乐道,称其为“列车上的蓝图”。

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柴毅教授、张可副教授带领团队成员在现场工作

在完成了系统的架构搭建与初步设计后,为了进一步完善系统功能,更好地服务于航天发射场地勤监测工作,团队的多名开发组成员在老师的带领下来到发射场进行实地的项目研发。彼时发射站正处于大规模建设时期,居住条件相对还不够完善,而海南高温高湿高盐雾的气候、差异较大的饮食习惯使得平日长期在重庆生活的同学出现了不同程度的不适应。但团队的老师同学并没有因为这样那样的不利因素耽误项目的研发进度,大家与发射场工程技术人员步调高度一致,同吃同住同作息。整个地勤系统涉及到十几个子系统,分布在二十几个点号上,面对如此复杂的情况,团队成员白天深入到不同的现场,积极与各个层面的管理人员和技术人员沟通和开发,晚上回到住地后仍然加班加点的针对出现的问题和新提出的需求开展讨论与改进。

参与项目的同学非常珍惜这次来之不易的机会,扎根于发射场第一线,勤奋刻苦,积极认真的完成自己的分项工作,甚至在2014年7月18日遭遇自1949年以来登陆我国最强的“威马逊”台风的极端天气、住处房间屋顶被暴风掀翻、笔记本电脑被掉落物砸坏的情况下,大家也一直互相鼓励,克服困难,一丝不苟的保证项目工作的正常进行。

从2014年2月份开始,共有汪嘉文、温大军、焦春晓、吴逊、江聪美、冯晓卉、田甜、刘建环、周国庆等九位硕士研究生前后赴发射场参与研发任务,平均驻场时间超过3个月,最长的驻扎现场达半年以上。经过不懈努力,系统在团队成员的共同努力下顺利的实现了当初设定的预期功能。

轻舟已过万重山

随着建设的逐步完善,发射场开始了各项紧张而全面的联试联调工作。在这个过程中,地勤监测系统出现了不少新的需要关注的方面,发射场的领导与技术人员据此提出新的需求及改进意见。针对这样的情况,团队认真应对,在原有系统的基础架构之上,改进了各项功能,使其更加符合发射场新一代运载器执行试验任务的需求。同时,项目团队也新加入了王一鸣、邱翊峰、邱焕敏、袁媛等四位硕士研究生同学投入后续研发工作。从2014年4月到11月的7个月时间里,王一鸣、邱翊峰两位同学长期驻扎在发射场,在完善系统功能的同时,实现了与发射场内部其他可视化软件的完美对接,出色地完成了地勤监测系统的全部开发任务。

2014年11月,整个项目顺利的通过了验收。但对于整个团队而言,这仅仅只是一个阶段性的完结。在此后的一年多时间里,仍然有多位成员多次赶赴现场,对系统的改进和保障运行不懈努力。截止到2015年年底,系统经过了十多次的版本修改,完成了包含发射场区空间位置、地勤子系统、关键点号及建筑、系统详情图示、关键子系统原理组态图等多个元素构成的发射场全景展现。前后端开发成员经过3次大的总体设计修改,形成了共计30余万行程序代码的软件最终版本。

在长征七号首飞任务中,该项目对文昌航天发射场的地勤监测和任务决策提供了出色的数据保障和支撑,得到了首长的肯定和赞许。

喜看稻菽千重浪

在项目稳步进行的过程中,以柴毅教授为领导的教师团队响应学校号召,打破以往固定的教学组织模式,在研究上指导学生,在实践中锻炼学生,让学生将课堂所学的知识在项目中活学活用,将“寓教于研”的人才教育模式充分应用到对学生的教育过程中。在项目实施过程的例会讨论中,各位教师更加鼓励大家踊跃发言,不搞一言堂,充分听取各位成员学生对于设计方案、功能需求等方面提出的多样见解;在具体开发过程中,给予研究生同学们充分的自主权,可以根据实际情况对设定的计划提出修改意见,只要能经过测试工作又符合系统功能的,全部予以保留;同时,针对同学们在从项目开发中提出的一些科学问题,师生们一起积极研究探讨,上升到理论高度,制定解决方案。

有一个大家记忆犹新的事情:在项目执行初期,针对地勤监测系统中海量并发的数据处理,几位老师拟采用使用分布式关系型数据库进行存储。但这样的方案或会在网络传输速率、数据同步、前后端协调、软硬件成本等方面存在问题。此时,汪嘉文、温大军两位同学提出以非结构化数据结合实时数据常驻内存的交互存储模式,一开始也是存在诸多不利因素,甚至完全无法使用。面对来自于各方面的疑虑和压力,两位同学知难而上,与课题组吴逊、焦春晓等同学一起查阅资料、分析研究,和柴毅教授、张可副教授等老师深入探讨解决方案、加班加点,终于突破了关键技术难点,将其成功的应用于系统之中,在原有方案的基础上大幅提升了效率和可靠性。同时,两位同学也以这其中的理论问题为题,完成了硕士学位论文的写作。

事实上,绝大多数参与到项目中的研究生同学的学位论文选题都来自于本项目。通过在发射场的校外学习,同学们在开放的工作环境、丰富的实验机会中,充分地激发了自主钻研的兴趣。通过技术文档书写、项目讨论会议、实地调研考察等多项活动,同学们在老师的带领下锻炼了自己的表达能力、文字功底,提升了个人的综合素质。同时,而开发活动中针对相关专业知识及技术问题的研究讨论,则使得各位学生在其中夯实基础理论,拓宽知识领域,培养了善于思考、敢于提问、勇于探索的创新精神。

在这样的“充分结合实际,以学生发展为本”的良好氛围下,同学们依托于项目,学习知识、积累经验、应用技术、解决问题,极大地提升了自身的思维水平和动手能力,圆满完成了自身的学业。可以说,参与项目研发是一种典型的培养“复合型创新人才”的实践。

且将新火试新茶

项目自立项以来,整个团队共计有7位老师与13位研究生同学参与了系统分析、需求分析、概要详细设计、工程图绘制、前端后端开发、测试等相关工作。在实地研发中,团队成员们充分感受到了发射场建设初期的艰苦和参加建设的光荣,与发射场的技术人员建立了深厚的友谊,也大幅提升了自身的专业技术水平,积累了坚实的工程实践经验。整个团队利用在系统开发过程中学习到的知识、积累的丰富开发经验,产生了一批学术论文和发明专利等成果。有2名同学通过了硕博连读考核,开始进入博士研究生阶段的学习,并在此基础上顺利地进行了日后多项相关领域的学术研究工作;而不少参与研发的同学现在也已工作在一流企业和科研院所,在技术和管理岗位担起重担。各个成员都在实现个人成功的奋斗道路上为社会创造价值,但特别的就是共同拥有这段充实而深刻的经历。当文昌发射场成功执行长征七号首飞任务时,身处天南海北的大家或回忆当初的时光、或感叹任务的艰辛、或期许发展的未来、或共享成功的喜悦与自豪。那一刻,大家说得最多的就是——“我们还能做得更好!” 

曲终余音在,未来尤可期。得益于前期的深厚积淀和该系统的成功研发,团队又开始了与西昌卫星发射中心的多个项目的合作。成绩属于过去,以柴毅教授为领导的整个团队并未停下脚步,大家怀着“积跬步以行千里”的愿景,秉持重庆大学“研究学术、造就人才、佑启乡邦、振导社会”的理念,期望能在祖国航天事业发展的雄关漫道上,做得更好,走得更远。



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唐红琴 责任编辑 科学技术发展研究院