最近,航天界居然被一部都市爱情剧刷屏了。
在《你是我的荣耀》这部剧中,杨洋饰演的男主于途是一个心怀梦想的航天设计师。在前往西北卫星测控中心抢救JX-1号卫星的剧情里,涉及到了大量的航天专业知识。
当中心领导脱口而出:“赶紧做仿真验证”,瞬间触发我这颗新生代农民工雷达:
开多少核?
要做多久?
要排队吗?
来得及吗?
要上云吗?
……
错了,是这张:
卫星发射之后,需要时不时地给地面发射信号,报告自己的状态。但是在某天夜里飞过我国地面监控站范围的时候,地面站没有收到JX-1的信号。两位JX总体设计师——于途(杨洋)和关在(潘粤明),被紧急召到西北卫星测控中心处理问题。回到酒店后,老潘已经累到躺平,杨洋不肯放弃并顺利开启了主角光环,在查阅了相关资料后,认为卫星故障可能是太阳风暴引发的高能粒子所造成的。在中科院空间所确认卫星故障的时刻与发生太阳风暴的时间重叠后,中心领导指示相关人员立刻去做仿真验证,确认事故原因。仿真结果出炉:JX-1卫星轨道和太阳风景导致高能电子暴范围的确是匹配的,可能有粒子打进了两台测控应答机的内部,使应答机产生了故障,进而影响了整颗卫星的通信系统。1、应答机的接受指令功能使用模拟电路搭的,不受高能粒子影响,盲发重启指令重启卫星应答机恢复通讯;3、进一步发现无法控制卫星姿态和轨道,切换到备份控制器;4、切换成功后调整姿态,展开太阳能充电板对准太阳定向充电(这一条据说是BUG)。现在的西安卫星测控中心,有一套我国研发的 “数字卫星”系统。系统中,太阳能帆板、推进器、应答机,甚至是一颗小小的螺丝钉,都能通过可视化、数字化的方式模拟仿真出来。这套系统的研发,就是因为15年前的一次“太空营救“。我国某颗遥感卫星突发故障,在太空中急速翻滚,与地面的联系时断时续。出事的卫星远在太空,看不见摸不着,只有海量的、碎片化的遥测数据。西安卫星测控中心的技术团队通过整理收集海量卫星平台、遥测数据,以及多年抢救卫生的实际案例,在计算机中大量模拟仿真复现了卫星上的故障,并进行了针对性修复。经过整整69天的“太空营救”,顺利让卫星“起死回生”。现在,我们的视野已经从小小的卫星拓展到了整个宇宙空间,通过研究大规模实体仿真推演计算框架,构建卫星、测控站、望远镜和雷达等实体数字模型,通过系统集成形成“数字太空”系统。2019年12月27日,“实践二十号”卫星在中国文昌航天发射场搭载长征五号遥三火箭升空。卫星发射前,西安卫星测控中心的工程师们便通过多种最优化方法,仿真计算了火箭将卫星送到不同远地点高度下的10余份方案预案。 卫星上天之后,他们还要通过仿真计算出在卫星当前的轨道状态下,怎样才是最节省燃料的变轨策略,确保卫星准确完成变轨,并尽可能延长卫星的工作寿命。针对日益增多的空间物体,在轨卫星在进行变轨机动时,需对大量空间物体进行高精度的轨道预报计算,以预防在轨航天器与其他空间天体的碰撞。而在今年发射的“天问一号”火星探测器的背后,也有着仿真的贡献。在“天问一号”升空、下降和行星表面巡视等阶段,航天器外部温度、气压、风速等参数的复杂变化,对航天器壁面压力的承受能力、不同位置表面压力分布状况的精确计算等提出了很大挑战,甚至会对航天器内部仪器的正常运转产生不利影响。仿真是建立在一定的数理模型基础上,是把现实的空间和时间分割成很小很小的单元,然后在这些很小的单元里,一次次反复求解线性关系。而实验永远不可能做到对现实百分之一百地模拟。尤其是航天仿真,太空离我们实在过于遥远,看不见摸不着。在兼顾成本和可行性的前提下,仿真就成了很好的认知世界的方式。我们可以对宇宙进行建模,对宇宙进行观测,了解宇宙的加速膨胀;我们可以模拟地球周围的磁流体动力学,根据太阳风预测行星侧扰动。我们正在接近人类进行太空旅行和太空探索的另一个黄金时代。我国在太阳探测卫星方面一直缺席,第一颗综合性太阳探测卫星——先进天基太阳天文台(ASO-S)预计于2022年发射,其设计目标是揭示太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射的形成与相互关系。在夸父追日、后羿射日、金乌负日等古代神话传说之后,科技的发展让我们终于有机会看到更加真切的太阳。半个多世纪来,仿真技术支持着人类航天事业,从绕地轨道到月球,到火星,到冥王星,再到无限遥远的深空。