信息化助力百星在轨管理
许斌 邱缓 20151014
前不久，随着第20颗北斗导航卫星的成功发射，中国航天科技集团公司五院在轨管理的卫星数量已达到100颗。在轨管理的卫星数量已达到100颗。
这些卫星功能各异、大小不一、寿命不同、国内外用户皆有，如何进行在轨维护管理，又如何得知卫星的“健康”状况？
走进五院航天器运行管理中心（以下简称运管中心），技术人员演示了一套自主研发的软件系统，北斗导航星座的组网运行情况、各颗在轨卫星的健康情况生动地呈现于眼前，百星在轨管理运行维护模式的谜底也依次揭开。
玩转卫星海量下传数据
五院总体部副部长兼运管中心主任王环介绍，该中心对包括北斗导航卫星在内的100颗卫星实行跟踪，24小时不间断接收在轨运行数据，再通过对这些数据进行分析，全程监测其运行状况。“在地面模拟太空环境开展的各项试验毕竟与太空中不同，在轨数据是一笔宝贵的财富，也是在轨管理工作的基础。”
“现在，卫星遥测数据下传的码速率较10年前提高了近500倍，数据量显著增大，对海量数据实时接收、快速处理、无损存储、高效分析是一件高难度的事。”该中心常务副主任王晓晨说，“由于卫星实时监视和异常处置的需要，对数据本身的准确性、完整性，数据分析系统的便捷性、有效性都有很高要求。”
为处理、利用海量数据，总体部曾调研过多家国内外企业，借鉴了国外工业大数据处理理念，并联合有大数据研究实力的高校，攻克了多项针对卫星的海量数据处理技术难关。
例如，大数据无损压缩技术可以将海量卫星数据压缩至10%，也就是说存储空间只占用原数据量的10%，需要时再解压缩，还原出原始数据；快速绘制技术可以把几十万条记录快速绘制出来，以多种直观的形式展现；快速检索技术还可以迅速找到所需的数据。
该中心副主任秦巍介绍：“以前，一台机器只负责存储、管理一颗卫星的数据，不访问时资源只能闲置。现在采用分布式集群方式，可以自主实现动态调配，释放出硬件闲置资源。这不仅减少了所需硬件数量、提高了使用效率、大幅降低了成本，还有效提升了系统性能。”
这些攻关成果，使运管中心获得了国防科技进步三等奖、北京市科学技术二等奖等多项荣誉，还获批了多项专利，如基于动态压缩的无损存储系统、在轨航天器有效数据选取方法、航天器状态预测方法等。
从“保姆”到“保健医生”的转变
“2004年运管中心初建时，管理的卫星只有10多颗，中心的角色很像是‘保姆’，发现卫星数据异常时，只能赶快联系设计师来解决。”王环说，“近年来，中心打造了在轨支持平台，其中在轨数据管理与应用系统和多星智能诊断系统是其核心所在，通过有效利用信息化、智能化的手段，中心的角色逐步实现了向‘保健医生’转变。”
如何当好“保健医生”呢？卫星与人一样，需要定期体检，发现了小问题、小毛病要及时治疗，对相似的病例要提前预防。运管中心通过分析报警信息和数据趋势，检查卫星的健康情况，并通过不断积累经验，对典型、重复性的问题，实现及时对症下药、快速处理，降低异常对卫星使用的影响。
先进的仪器是提升“保健能力”的关键。运管中心开发的多星智能诊断系统，设计了一种符合航天领域特点的专家语言，将设计师的诊断方法转化为机器可识别的语言，并引入了环境因素、开关机状态、工作模式等条件，实现了平台化、通用化的多星在轨运行状态智能化诊断。
在轨数据管理与应用系统则提供了便捷、高效的数据分析手段。如今，设计师在自己的工位上就看到卫星的在轨运行数据以及星上的零部件和分系统运行状况，遇到问题可以第一时间进行处理，这为卫星在轨管理与客户服务提供了更大便利。通过对卫星大量在轨数据的分析，设计人员找到了问题的症结，并在后续卫星的设计中进行了改善。
在日常在轨管理工作中，运管中心将发现卫星在轨运行的共性问题、共性规律作为一项重要工作，记录下卫星各系统以及相关部件的性能变化，同时把卫星数据反馈给设计人员，为后续设计的完善提供第一手材料。
卫星管理“终身制”
现在，从卫星发射前一个月，该中心就开始对卫星进行跟踪、建档。卫星发射后，完成星箭分离动作，传回遥测数据，也就有了“生命迹象”，从那时开始到卫星最终失效的所有信息都会被运管中心监管。
事实上，运管中心对在轨的100颗卫星都实行“终身制”管理。“从研制人员把卫星交付到运管中心那一刻开始，我们就像对待自己的‘孩子’一样照顾他。无论是国内卫星还是出口卫星，无论是寿命期限内还是寿命期限外，都是尽心尽责、风雨无阻、日夜兼程。”秦巍说道。
如今，运管中心担负着多颗出口卫星的在轨管理服务任务，每次出口卫星发射前，都要派专人搭建数据传输链路，一条条贯穿亚洲、横跨太平洋、连通南美洲的数据专线成功建成，实现了与外方对卫星的异地同步监视、同步分析。
随着卫星质量的提高，超寿命期服役的卫星也逐渐增多。王晓晨比喻说：“卫星过了寿命期，就像人进入了‘老年’，各种‘疾病’就会增多，这在无形中给在轨管理提出了更高的要求。应对多种类型卫星的管理，运管中心采取分类管理等多项措施，提高了效率，节约了人力。”
王环介绍说：“卫星在轨管理需要中心人员24小时坚守，而且用户对卫星在轨稳定运行的要求越来越高。运管中心现在的人员数量与管理30颗在轨卫星的人员数量一样，并没有因为卫星数量的增加而增加人员，这需要不断开展信息化基础性研究，提升信息化管理手段。”
着眼未来，运管中心还将不断提升卫星的智能化管理水平，为在轨卫星安全稳定运行，为用户更好地使用卫星，提供更全面的保障和更优质