吴伟仁

吴伟仁,男,汉族, 1953年10月出生,四川平昌人,博士,研究员,博士生导师,国际宇航科学院(IAA)院士,1993年起被批准享受政府特殊津贴中青年科技专家。30余年来,他长期从事测控通信与航天总体设计,先后在航天工业部北京遥测技术研究所、国防科工委科技司、国防科工局探月与航天工程中心工作,从嫦娥二号工程开始任探月工程总设计师。他的主要成就和学术贡献体现在两个方面,一是开辟“深空探测新领域”,二是突破“深空测控通信关键技术”。

一、开辟深空探测新领域

他负责制定和实施嫦娥二号工程总体技术方案;提出并组织攻克一系列关键技术,在获得国际最高分辨率全月图、圆满完成工程和科学目标后,提出并成功实施首次用一颗卫星开展月球、日地拉格朗日L2点和小行星等多天体、多目标探测方案。截止2013年9月,嫦娥二号已突破6000万公里,成为我国首个绕太阳运行的人造小行星,具有里程碑意义。  

提出非对称降轨控制策略,首次实现月面15公里安全探测。针对100×15公里变轨,发动机开机点和关机点都在月球背面,地面无法控制、撞月风险很大的难题,他创新提出一种变轨控制点偏置的非对称降轨控制方法,精确计算出有限推力方式时的控制点和开机长度,将发动机关机点延至月球正面30秒可测可控,使控制点满足近月点高度和幅角的要求,保证了安全可靠变轨,为后续月球及其它地外天体软着陆提供了一种安全变轨控制方法,并为获得着陆区1.5米高分辨率图像奠定技术基础。

提出测控行频注入方法,为获得国际最高7米分辨率全月立体图做出重要贡献。针对在100Km和15Km两种轨道高度、两种不同地速下的月面成像难题,提出采用地面测控轨道外推和行频注入对星上相机速高比补偿的方法,并在测高仪失效情况下,成功获取了月表高程数据,最终得到了全月高清立体图。

提出双向拼接轨道设计方法,国际上首次实现从月球轨道出发探测日地拉格朗日L2点。针对卫星燃料有限、日/地/月/星四体非线性强、轨道无解析表征等难题,提出分段分割、双向拼接的轨道设计方法,计算设计了基于非线性系统流形的最低能量转移轨道,成功实现嫦娥二号L2点捕获并开展10个月环绕探测,获得了地球远磁尾、太阳耀斑爆发等珍贵原始科学数据。

提出多源信息融合定轨策略,国际首次实现4179小行星精确交会飞越探测。针对潜在威胁地球的“4179”小行星运行不规律、国外封锁轨道数据的情况,他提出多地多台站协同连续跟踪测量与多源信息融合拼接推演的方法,实现对该小行星高精度测定轨;据此制定嫦娥二号轨控方案,实现在700万公里处以3公里超高精度,与小行星交会飞越探测,国际首次获得该小行星10米分辨率高清光学图像。

二、突破深空测控通信关键技术

针对月球及以远深空探测远距离、长时延、弱信号的难点,论证提出天地一体化深空测控通信技术方案,并在嫦娥二号上成功实现在轨验证,使我国航天测控实现由S到X频段、由近地到深空的两个跨越。

论证提出X频段统一载波+差分单向测距(ΔDOR)的深空测控通信技术方案。重点突破X频段低信噪比条件下的高动态、数字化载波捕获与跟踪技术,测距测速精度比S频段提高5倍以上;首次开展了DOR信号测量试验,并建立了DOR时延测量主要误差模型,提出了误差消除方法,测量精度比原有信标方式提高一个数量级。

研究攻克弱信号捕获技术,解决了L2点探测170万公里测控通信急需。他指导攻克基于自适应谱线增强-FFT的微弱信号捕获和低门限数字解调等关键技术,把原18米天线测控通信地面站作用距离由原60万公里提升到170万公里以远。此技术已成功应用于后续大型测控站研制。

建立月球辐射噪声影响理论模型,为深空测控链路优化设计提供了参考依据。首次主持开展了月球噪声测量试验,研究获得月球辐射噪声对S、X频段测控通信的影响机理和随月相周期变化的规律,建立了计算模型。

提出全球深空测控网实施方案,为太阳系深空探测奠定了重要基础。结合探月三期工程实施需求,提出建设以X/Ka频段为主、可实现对深空探测器连续测控覆盖、布局合理的全球深空网实施方案,已获国家批准。

80~90年代,研制了三代航天遥测系统,推动了我国测控理论和技术的发展。研制了首套全数字遥测系统、首套计算机遥测系统和首套实时变状态遥测系统,达到同期国际先进水平。

目前,他正负责嫦娥三号、四号工程研制,将首次实现在月球软着陆,并释放月球车实现月面巡视探测,是我国航天史上又一个里程碑。他还作为论证组长,论证提出探月三期工程(嫦娥五号、六号)“无人月球采样返回”实施方案,2011年1月获国家批准,工程研制进展顺利。

他具有强烈的创新意识和探索精神,先后在《中国科学》等重要刊物发表学术论文60余篇,出版学术专著10余部,特别是《深空探测器自主导航原理与技术》和《深空测控通信系统工程与技术》两本专著,均是我国相关领域第一部理论和工程实践相结合的权威性著作,填补了国内空白,受到权威专家高度评价。他还兼任北京航空航天大学、北京理工大学等多所高校教授,中国深空探测技术专业委员会主任委员,深空探测器着陆返回控制国防重点学科实验室学术委员会主任委员、空间智能控制国防科技重点实验室学术委员会副主任委员,《中国科学 信息科学》/《Science China Information Science》编委,《深空探测学报》主编。

30多年来,他为我国航天和国防科技事业做出了重大贡献。作为主要完成人,获得国家科技进步特等奖2项,一、二、三等奖各1项,省部级一等奖3项。

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