ＩＴ“大腦”指引嫦娥攬月

（記者 毛江華）嫦娥一號衛星拉開了中華民族奔月的序幕，在中國航天科技人員花費3年多時間搭建奔月天路的歷程中，IT無所不在。其中，星際計算機（衛星的數據管理分系統）將在38萬公里外的浩瀚宇宙中管控嫦娥，這顆“大腦”是怎樣煉成的？它又是如何指引嫦娥攬月的？

2007年11月7日8時34分，當嫦娥一號衛星490牛頓的大馬力發動機關閉之后，北京航天飛行控制中心的大屏幕上顯示，衛星目標軌道和現實軌道完全重合，嫦娥一號正式進入了距離月球200公里高度的工作軌道。

這一刻，距嫦娥一號發射324小時又31分鐘。中華民族千年的奔月夢想終于拉開了實現的序幕。從10月24日起，嫦娥一號在奔月天路上，一次又一次地實現目標，在盡情釋放著全球華人強烈的民族自豪感的同時，也檢驗著中國的科技實力。

同所有的衛星一樣，嫦娥一號是大量科技關鍵技術的集成，在它的設計、研發、制造、發射和工作的過程中，IT是它最基本的一個DNA，無處不在。與其他衛星不一樣的是，嫦娥將在遠離地球38萬公里外的浩瀚宇宙中工作（此前中國發射的最遠的衛星距地球7萬公里），條件相當復雜，而且極有可能與地面失去聯系。

因此，嫦娥必須實現高可靠的自主管理，這給其IT“大腦”——星際計算機（衛星內部的數管分系統)帶來了前所未有的挑戰。這顆“大腦”必須在任何惡劣的環境中都能夠冷靜、準確地處理問題，發放指令。IT“大腦”是怎樣煉成的？它又是如何指引嫦娥攬月的呢？

“大腦” 這樣練成

11月14日，記者在中國空間技術研究院發現，除了副主任設計師張猛應約在辦公室接受采訪外，嫦娥一號數據管理分系統的大部分工作人員仍在控制中心現場緊張地觀測衛星的一舉一動。

“在嫦娥衛星未來一年的工作中，現場24小時還是不能離開人。不過，嫦娥上天，意味著我們最艱難、最痛苦的時間已經熬過去了。” 張猛告訴記者，在嫦娥上天工作后，他們實施的是“三班倒”，而在此前的設計、研制和測試階段，他們經常是“一班倒”。

數據管理分系統也就是人們通常所說的星際計算機，就是將衛星測控任務綜合在一個以計算機系統為主的系統中，用以實現衛星遙測、遙控、程控、星載自主控制、校時等整星控制和管理功能，是衛星的“大腦”和“中樞神經”。

那么，同其他衛星的大腦相比，嫦娥的“大腦”有何特別之處呢？張猛告訴記者，在打造嫦娥“大腦”的過程中，“我們有繼承，也有發展。”從技術的體系架構上來說，繼承了以往“神五”、“神六”，采用二級分布式容錯計算機系統。但作為第一顆繞月衛星，其安全性和可靠性的要求都很高，為了適應38萬公里外的復雜的使用條件，這顆“大腦”還采取了一些不同于一般衛星的設計。

由于地月間距離遙遠，測控信號的空間衰減增大，“為了降低誤碼率，提高衛星下行遙測信道的抗干擾能力，嫦娥一號衛星的數管系統不僅將單碼率改為多碼率，增加了一種編碼方式。”張猛說，“還在衛星的自主管理功能上進行了大幅度的增強。”

據記者了解，對衛星的管理方式有兩種，人員管理和自主管理。人員管理就是通過地面發指令。但這種方式有條件限制，它要求地面測控能看到天上的衛星，而且要求通信通道不能出任何問題。而嫦娥衛星是在遙遠浩瀚的月球附近運動的，情況非常復雜，必須考慮到它在某些時候有可能與地面失去聯系的情況。如果沒有自主管理，或者自主管理能力不夠強的話，衛星在碰到意外情況時就有可能出現問題。

盡管中國空間技術研究院有著很強大的技術實力和豐富的衛星研制經驗，但自主研制繞月飛行衛星卻是第一次，而自主研制如此“高可靠”的衛星智能“大腦”更是頭一回。 回憶起嫦娥“大腦”3年多的研制過程，張猛坦言: “留下了很多難忘的記憶片段。尤其是在艱難的前期初樣階段。”

由于數據管理系統連接著衛星內的其他8個分系統，甚至和整個“嫦娥工程”的5個大系統都要協同工作，溝通和測試的難度可想而知。“在衛星各個部件的研制初期，數據管理分系統可以說是問題不斷。”張猛告訴記者。

因為硬件生產、軟件開發以及測試設備研制均是同期進行，軟件運行調試要依賴硬件設備，分系統聯試要依賴測試設備，但各部件都在研制初期，運行都不穩定，會出現各種意想不到的故障和問題，各方問題攪在一起，增大了故障定位和解決的難度。另外由于軟件需求不斷變化，數管軟件總處于不斷更改中，而整星電測又離不開數管平臺，導致數管軟件一度成為整星研制的短板。

在那段時間里，數據管理分系統的設計師和工程師們加班加點，超負荷運轉到晚上一兩點是常事。有一回，張猛和數據管理分系統的骨干們居然連軸運轉了50多個小時沒有合眼。

當時是做熱真空實驗，也就是把衛星放在一個大“罐子”里，模擬太空的各種冷熱環境做實驗，總共要做20多天。在實驗進行到10多天的時候，突然出現了一個奇怪的現象，衛星“大腦”的自主管理出現異常。如果這個問題嚴重的話，就意味著前面的所有工作都白做了，實驗必須推倒重來。當時數控管理分系統還在同時做另外一項測試，張猛等技術骨干們此前已經熬了一個通宵了，在凌晨一兩點的時候趕到現場研究怎樣排除問題。

盡管可以借助計算機系統本身來進行檢索，但有些數據誤差必須通過肉眼來分析和判斷，于是他們一條一條地對前10幾天運行的數萬條數據進行排查。一天一夜之后，總算找到了問題的癥結所在。“可以解決，不必推倒重來！”興奮的心情幾乎使這些航天精英們忘卻了自己已經連續作戰超過了兩天兩夜。

在記者的印象中，在一些工作強度很大的高科技公司里，譬如微軟公司、思科公司等，會給技術精英們配備心理教師或心理熱線，學習“釋放壓力”。我們的航天精英們是否也是如此呢？張猛說他們也去參加過一些“心理釋壓”的課程。

“但那是理論，作為一位航天的IT工作者，一個代碼下去、一個硬件下去，所關系的就是一個國家的重大工程。能輕松得了嗎？”張猛說，“但是，整個團隊在一起克服困難，所帶來的幸福感和成就感是無法比擬的！”

看來，“特別能吃苦，特別能奉獻，特別能攻關，特別能戰斗”的航天精神真的不只是一句口號，它貫穿在嫦娥衛星研制工作的每一個細節處，而嫦娥的“大腦”就是在這樣一個氛圍下煉就的。

指引嫦娥攬月

記者了解到，在嫦娥的探月過程中，除了數據管理分系統外，衛星的制導、導航與控制系統（簡稱GNC）也是由一個計算機系統和眾多敏感器構成的分系統，它主要負責衛星在不同階段找到自己的運行方向。

嫦娥在奔月過程中的22種姿態的變化和控制、衛星對月定向的3次近月制動、太陽帆板對日定向跟蹤、定向天線對地定向，都是通過計算機系統對眾多敏感器下指令來完成的。

據不完全統計，嫦娥“大腦”（數據管理系統）和GNC系統的計算機，所下達的指令多達數千條。不過，最讓張猛津津樂道的，不是這些復雜的指令，而是嫦娥“大腦”強大的自主管理能力。“當衛星和地球失去聯系的時候，數據管理分系統可以自主管理熱控、補給衛星能源。”

據張猛介紹，熱控本身就是一個分系統，但各個系統之間彼此有交叉。熱控系統的組成主要包括了熱控涂層、隔熱材料、電加熱器、傳感器、熱管等。鑒于熱設計邊界的條件復雜，熱系統較多地采用了主動控溫設計。而嫦娥“大腦”（數據管理分系統）則掌管著加熱器的通斷控制。

即使是在嫦娥一號衛星和地面失去聯系的緊急狀態下，嫦娥的“大腦”也能夠自主地對加熱器進行控制。因為在嫦娥一號衛星內，遍布著眾多的探熱設備，它們能將感受到的各個點的溫度，自動送到計算機里面去。計算機對這些溫度數據進行識別和處理，當溫度偏低時，計算機軟件就會自動發出指令，將加熱控制器的開關接上; 當溫度偏高時，計算機軟件也會自動發出指令，將加熱控制器的開關斷開。

在配合供配電分系統的能源控制上，嫦娥的“大腦”也能做出英明的決策。據了解，嫦娥一號衛星在上天前，就已經充滿了能源。在嫦娥衛星的飛行和工作過程中，能源消耗量很大，計算機可以判斷是否需要補充。張猛告訴記者，嫦娥衛星的兩個“翅膀”能將太陽能轉化成為電能，并將其貯存起來，當嫦娥的“大腦”判斷能源不足時，已儲存的能源就會向各個分系統供電。

“一個人僅僅依靠大腦，不能單獨完成工作目標。同樣的，數據管理分系統作為嫦娥一號的‘大腦’，也不能獨立完成工作目標。”張猛反復強調，“嫦娥衛星所有工作目標的實現，都必須依靠衛星內部各個分系統互相協作，共同完成。與此同時，沒有嫦娥工程其他4大系統的支持，嫦娥一號也不可能實現繞月飛行。”

張猛舉了一個例子。如果不出意外，11月中下旬，嫦娥一號衛星將向地球傳回月球的圖像。“到時，我們也會通過嫦娥的‘大腦’下一條指令，嫦娥一號將在38萬公里外的遙遠太空播放30首歌曲，而我們在地球上可以清清楚楚地聽見。” 張猛說，“這一看似簡單的工作，也包含著各個系統的共同協作。”

據了解，嫦娥一號衛星播放的歌曲，是通過一個特殊的存儲器，將地面錄制的音樂作品帶到衛星上。在衛星繞月時，接收到數管分系統的指令后，利用這個存儲設備和衛星上的傳輸設備，從遙遠的太空將這些音樂傳回地面。地面接收系統可以把這些音樂接收下來，通過數字信號，通過遍布全國城鄉、邊陲的收音機、電視機以及網絡，傳送來自遙遠太空的音樂盛典。

鏈接：

嫦娥一號的九大分系統

結構分系統: 相當于嫦娥一號的“身板和骨架”，為其他各分系統的儀器設備提供安裝位置和工作空間。

數據管理分系統: 嫦娥一號的“大腦”，用以實現衛星遙測、遙控、程控、星載自主控制、校時等整星控制和管理功能。

制導、導航與控制分系統: 嫦娥一號的“小腦”，兼有部分“大腦功能”，負責對探測器飛行路線和探測器姿態進行修正、測量和控制，對太陽能電池帆板和有效載荷進行指向控制 。

電源分系統: 嫦娥一號的“心臟和血液”，由太陽能電池帆板、蓄電池和功率調節器等組成。

熱控分系統: 溫度調節系統，由傳感器、熱控部件等組成。

測控和數據傳輸分系統:主要功能是完成探測器的跟蹤、測軌、遙測、遙控和數據傳輸任務。

推進分系統: 嫦娥一號的動力系統，包括火箭發動機、推進劑存儲箱和各種管路等。它根據制導、導航與控制系統的指令，開關各類發動機。

科學探測儀器分系統: 完成科學探測數據的采集、儲存處理任務，完成有效載荷的在軌管理。

定向天線分系統: 為數傳下行信道和遙測下行信道提供滿足任務要求的天線增益。