火箭指挥厅坐着那么多人都是干嘛的?

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火箭指挥厅坐着那么多人都是干嘛的?

图片:

太空僧,航天话题答主

这是 2007 年嫦娥一号发射前,西昌卫星发射指挥控制中心的内部大厅在演练的照片。

火箭在初始飞行阶段的所有测控数据,还有第二阶段测量船上的数据,都会汇总到这里进行分析判断的。

所有人面朝着一块 50 平方米的大屏幕坐,屏幕上会同步直播卫星发射过程。当时总共有 3 排操作台,每排 18 台电脑。坐最前面的第一排是技术人员,离屏幕最近,方便技术人员看大屏幕的数据和图像进行实时监控。中间一排坐的是基地的测控和气象方面人员。第三排是大佬区,方便指挥决策,总工、司令员都在这排。

下面这是发射神舟号的北京航天指挥控制中心大厅(921)。

北京航天飞行控制中心

下面是我国新一代航天发射场文昌航天发射场的指挥控制中心,指挥、测量、通信、气象、勤保等系统都国产化了。

长征五号就在这里指挥发射。

这么多人坐那儿干嘛?

我们先拿 NASA 的载人航天来举例吧。任务控制中心大厅里的精英们,并不对载人飞船进行任何控制,他们的身份是宇航员的任务顾问。就像飞机的空中交通管制一样,他们控制空域但不实际操控飞机。他们给飞机建议,而机长对自己的行为负责。但与航空最重要的不同,是“可见性”。任务中心可以看到飞船的很多详细数据,这远比宇航员在飞船里看到的多的多,而且对任何问题都可以集中更多人的智慧来解决,地面团队必须要确保宇航员看不见的那些系统的安全(比如阿波罗入奔月轨道前的 S-IVB 或 PDI 前的指令舱),然后明确的回复宇航员:go /no go.

第一代任务控制室 MOCR:水星计划

我们来看看 NASA 的最早也是最简单的任务控制中心的布局:“水星计划”的任务控制中心。

1962 年,卡纳维拉尔角的水星计划任务控制中心

任务控制中心最初只有三排,这主要是因为水星的飞船设计比较简单,任务持续时间也不超过 35 小时[1]。下面这张图把每个重要位置都编上了编号:

水星计划的控制中心布局

1- 总控制台

最后一排(只有电话):

2- 箭体回收指挥员(海军)

3- 发射总指挥

4- 地面跟踪网指挥员(空军)

中间一排:

5- 回收状态监视员

6- 范围安全监视员

7- 相当于我国 0 号

8- 地面跟踪网状态监视员

9- 遥测监视员

最前排:

10- 长条纸带图表记录员

11- 控制协调员

12- 医生

13- 航天器环境监测员

14- 航天器通信员

15- 航天器系统监视员

16- 返航控制员 RETRO(包括制定紧急返回地球计划)

17-FIDO 飞行动力控制员(监控规划飞行轨道)

18- 电视机

19- X-Y(轴)记录器

20- 趋势图

21- 操作指示器

22- 信号分发面板

23- 电传真设备

24- 数据输入控制台

以上列出的只是工作人员配置的冰山一角,他们每个人的背后,还有大量的工程师帮助他们监控和分析数据。

第二代任务控制室 MOCR 2:双子座计划 / 阿波罗计划

在双子座计划那个年代,太空舱的手动控制系统大多是自动化系统的备份,宇航员严重依赖地面控制中心的团队来解决出现的问题。随着双子座后期和阿波罗时代的航天器变得更加复杂,对任务控制中心的依赖才略有减少。

1965 年 6 月,从双载人飞船双子座 4 号开始,指挥中心改到了约翰逊航天中心 30 号楼有两个房间的“休斯顿任务控制中心”。新房间比以前的更大、更复杂,由四排布局固定的操作台组成。每组操作台都处理一组特定的功能:有的负责监视航天器的硬件、软件、在太空中的位置,有的负责监视机组人员。

到了双子座和之后的阿波罗时期,约翰逊航天中心的任务控制中心(MCC)还增加了一堆比如像导航的 GNC(Guidance+navigation+ control)和 GUIDO、管电气的 EECOM、宇航员的老妈子 FAO(Flight activities officier)、负责语音的 INCO、纪律委员 O&P、还有专门管登月舱的电工 TELMU、监控电脑数据的 DPS、专门负责机械手的 PDRS、公关小帅哥 PAO 等等。

阿波罗登月直播

来个平面座位图:

下面的这张图是阿波罗 15 号飞行任务期间的控制室照片。大屏幕上显示的密密麻麻的线条,展示的是高度、惯性飞行轨迹角和速度等最重要的评估参数,从而让飞行控制员确定土星五号是否停留在它的飞行包线内。从右到左的第二和第三个屏幕显示着飞行轨迹角与速度图中的几个中止模式区。中止将导致指挥舱进入应急轨道或降落到大西洋。

第三代任务控制中心:航天飞机 / 国际空间站

目前,国际空间站的所有运行都是在新设计的飞行控制中心进行的。这是 2006 年更新的新布局理念,它放弃了传统的像阶梯教室一样的的分层布局,改为所有操作台都在平地上(自己桌上的电脑显示屏比大屏看得更清楚)。几位工程专家坐在前排中间,轨道监控被移到了第三排。

国际空间站的飞行控制室

因为预算有限(官僚主义的 NASA 给多少预算都不算多),飞行控制室在设计之初就大刀阔斧的做了改革,将六大系统的空间站实时支持岗位配置精简为两个控制台。在这两个名为阿特拉斯和泰坦的“超级控制台”中,平时只需 2 个人就可以在低活动期完成多达 8 名飞行控制员的工作[2]

NASA 执行 STS-115 航天飞机太空任务时的飞行控制室(2006)
《火星救援》里看上去就现代多了

除了管理团队和飞行控制团队以外,还有地面团队的工作人员。他们负责从航天器和发射设施收集数据,然后交给飞行控制团队来分析这些数据,以决定如何最好地推进项目。

2010 年 4 月 28 日,上面提到的那个美国第一个任务控制中心,已经被拆了。

1968 年拍摄的任务控制中心
2010 年拆除前的照片
设备和家具都被转移到肯尼迪航天中心的游客中心了,开拆!

相比之下,俄罗斯的地面飞行控制中心就显得很有历史年代感了。当年和平号也是何等的璀璨。

莫斯科郊外的地面飞行控制中心 / 科罗廖夫控制中心,屏幕上是联盟 TMA-11 航天器的现场视频。出处见水印。

总之,就是一堆螺丝钉,每个人都准确的干好自己的本职工作,精确而枯燥。

一更

任务期间有多少人里面工作?

拿 NASA 的航天飞机任务来举例,一个团队大概有 50 个人左右,三个团队轮班倒着干活,每个班上 9 小时(最短 8 小时,加班会到 12 小时)。其它楼层还有许多工程人员做技术支持,以防出现特殊问题。每个团队都有一名总指和 CAPCOM。

上班都干嘛?

还拿航天飞机团队来举例,差不多每天只花 10%的上班时间在控制航天飞机任务上。还会花 15%的时间来做训练,包括任务控制中心的模拟操作、模拟器的训练等等,假装出了问题怎么解决。剩下 75%的时间都花在了计划和组织任务上。

二更

有人留言想了解一下纪录委员和公关还有 0 号,我来写作业了。

PAO

先从媒体接触最多的公关 PAO 开始说吧。美国的空间计划,一部分是军事和国家战略用途,另一部分也要获得选民的信任和支持,为了让大众能了解并为美国投入巨资的航天事业自豪,特别留有专门的台子给到了公关的 PAO 小哥哥。

PAO 控制台

在上世纪的阿波罗时代,那时还没有网络,大众只能通过电视和收音机来收看收听现场状况。但因为航天是个很新鲜又专业知识很强的领域,而且美国每次载人航天发射都是电视直播的,大众未必能看明白电视节目里现在到底在放什么。公关 PAO 就像是 NASA 的播音员,为任务提供专业而语音解说和评论,帮助大众第一时间理解他们在屏幕上看到的内容,并加以评论和引导。现在这个位置的人选,是由 NASA 和波音公司共同负责的。在网络时代,他们更重要的工作是协调各大新闻媒体与机组及飞行控制中心之间的新闻报道,并适当补充相关评论,向媒体和公众解释飞行控制操作。

PAO 不仅仅是在有发射任务的时候出现。因为考虑到美国媒体的尿性,通常情况下 NASA 是不允许美国新闻媒体直接进入基地接触宇航员训练的,因为这太具有破坏性。PAO 就会负责记录并发通稿。

O&P

O&P 的主要工作,就是监督控制员在询问数据或与人交流时遵循 NASA 规定的程序,所有这些都是根据飞行控制操作手册进行的。如果一个电气工程师要一些数据,比如打印飞行数据或录制语音回放,O&P 就会要求他填一个表格,写清楚格林威治标准时间的起止时间和主题,然后 O&P 检查看是否所有都符合规定。所有的请求都要通过 O&P 确认,这时他就像一个接线员或者翻译校对员。有的时候,他还会记录宇航员之间或控制员之间的对话,确保没有 F 开头的情况,或者有明显违反规定的沟通行为。

0 号 (Flight Director)

“5,4,3,2,1,点火”的指令,就是由 0 号在 5 个话筒前念出来的。为什么叫 0 号?中国会把发射指挥控制中心里的每一个重要岗位编上 1 到 3 位的数字编号(任务八大系统是以‘0’开头的 2 位数,再往下的三级操作号手是 3 位数),而 0 号是测发指挥(测试发射指挥员)的调度代号,有人说是因为倒计时最后计到 0 所以就叫 0 号;也有人说是因为他是全场的总调度(前 30 分钟的最高指挥),所以要选一个最领头的数字(数字越小一般越重要)。

中国的 0 号指挥

而在 NASA 的体系中,和 0 号类似的岗位,就是 Flight Director(飞控主任,或者译成飞行主任、飞行主管、飞行总监)。他虽然不戴袖标,但权力更大。飞控主任是整体团队的头儿,领导着世界各地的飞行控制人员、研究人员、工程专家以及支持团队[3],有效的协调各个部门并迅速判断专家们的意见,做出对确保美国宇航局宇航员在太空安全至关重要的实时决策,他每一秒的命令都决定了宇航员的生与死。比如 1970 年阿波罗 13 号任务期间,在氧气罐爆炸迫使三名宇航员中止登月后,当时的飞控主任吉恩·克兰兹负责帮助生命危在旦夕的宇航员安全回家。不是每一位飞控主任都被称为传奇,但克兰兹绝对是。

NASA 的传奇人物:克兰兹(Eugene F. “Gene” Kranz),以穿马甲背心为标志

飞控主任的权力是相当大的,是唯二的能够直接中止任务的人之一(另一个是 FDO),连 NASA 高层都无法改变他的决定,唯一能做的就是开除他。飞控主任的候选人必须是美国公民,除了要拥有工程、生物、物理、计算机或数学学士学位,还需要大量相关的不同岗位的专业经验,还必须能在比 996、007 更高压、高风险的工作环境中从容不迫又争分夺秒的做出重大决策。

你对哪个岗位感兴趣的话,留言一下,我来写写。

待续。

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