中科院空间科学中心仿真室:让科学设想立体化

2011-12-01 08:54 来源: 科学时报
收藏到BLOG

  对人们来说,“空间科学”似乎是一个“熟悉”又“神秘”的字眼。

  说它“熟悉”,是因为随着我国航天技术水平的提高,越来越多的空间系列任务——通信卫星、气象卫星、对地观测卫星、载人航天、空间站……正以更短周期出现在公众视界中;说它“神秘”,是因为它就像一个新娘,只有在面对科学家的时候才现出自己的本来面貌,而对大多数公众,它总是面纱轻掩。

  怀着对这份“神秘”的渴知,记者走进了中国科学院国家空间科学中心空间技术部空间信息仿真技术研究室(下称仿真室)。

为科学设想提供“通行证”

  走进空间科学任务论证中心,首先跃入眼帘的是墙上七八米长、一米多高的大屏幕。屏幕上一组不断变化的三维空间图像一下吸引了记者的目光。

  “这是在我们初级系统上论证过的MIT计划(磁层、热层、电离层耦合探测卫星星座)、FIX计划(编队飞行成像X射线望远镜)以及SPORT计划(太阳极轨射电望远镜)等空间科学预研项目,还有它们在三维空间的飞行轨道、空间环境和卫星模型的三维可视化表达。”仿真室副主任郑建华研究员介绍说。

  除大屏幕以外,论证中心的重要设备就属论证岗位上的十几台电脑了。每当有论证任务,科学家和专业论证岗位人员就会通过电脑上的专业软件开展协同设计与论证工作。

  论证中心研究人员邓丽介绍:“空间科学任务论证是仿真室的主要任务之一。我们根据科学家提出的设想,设计出卫星飞行轨道,并对卫星构形、空间环境、姿态控制需求、卫星在轨科学探测事件以及上下行数据进行分析。”

  “科学家在预研项目中提出的多是概念性任务,离工程还很远。利用论证支持系统不仅可以把他们的科学设想仿真出来,呈现在眼前,还可以帮助他们拿出初步技术方案。”

  空间技术部主任孟新研究员告诉记者:“以前,科学家论证一个项目可能需要一两年,论证结果与工程可行性之间往往还存在较大差距。现在一般为三个月,甚至在更短的时间内就可以对一个项目作出深度论证。”

  除为科学设想提供论证支持以外,论证技术还可以服务于工程任务。

  嫦娥二号完成绕月飞行使命后,仍可利用剩余燃料进一步开展深空新技术实验和验证。仿真室利用近几年来的技术积累,采用“星际超级公路(IPS)”深空节能轨道设计方法,率先设计出“嫦娥二号”拓展试验日地L2点的Lissajous轨道,并被工程采纳。

瞄准国际顶尖技术

  “我们部共有5个研究室,仿真室是‘二哥’。它的成绩一点也不含糊,轨道论证与仿真可视化技术从基础理论研究到实际工程应用,在国内首屈一指。”孟新亲切地说。

  之所以称为“二哥”,是因为仿真室在队伍规模和承担工程任务量上仅次于“大哥”空间综合电子研究室。

  “十二五”期间,中科院空间科学先导专项部署了硬X射线调制望远镜、实践十号、量子科学试验卫星、暗物质粒子探测卫星、夸父计划、空间科学背景型号项目、空间科学预先研究项目等七项科学任务。仿真室负责为这些项目提供论证支撑。

  “这对我们的论证能力提出更高要求。未来五年,我们将在空间科学预先研究项目的支持下,立足原来的初级系统基础,大幅提升论证支持系统的软硬件支持能力,开展关键技术攻关,提高论证岗位人员的技术支撑能力。”郑建华说。

  空间科学任务协同设计与仿真技术在我国空间科学探测任务中发挥着不可替代的作用。在空间中心正在筹备的空间科学探测天地支持技术重点实验室项目中,它位列五大重要研究方向之一。

  然而,回忆起仿真室成立之初的时光,郑建华心中“百味杂陈”。2004年初,科学院进行机构调整,载人航天应用系统总体部被从空间中心划出。空间中心以部分留下来的研究人员为主成立仿真室,将空间科学任务论证仿真、空间科学地面支持技术作为主要研究方向。

  恰逢其时,轨道动力学与控制专家郑建华刚从英国谢菲尔德大学访问回国,开始着手筹备成立研究室。她回忆,仿真室成立之初,只有7名在职职工和2位已退休的研究员。经过几年发展,仿真室的研究队伍现已扩展到四十余名职工、三十余名学生的规模,当初布局的几个学科方向现在都取得了很大发展。