让“太空授课”更加逼真

源自:http://sjzrb.sjzdaily.com.cn/html/2013-06/14/content_79059.htm


“神十”成功飞天,举国欢庆。在石家庄铁道大学,师生们沉浸在喜悦之中。在“神十”飞天的背后,有着石家庄的“智慧”。电视屏幕上“神十”飞船运行画面的更加清晰逼真,得益于复杂网络与可视化实验室对航天测控可视化系统平台的更新升级。记者电话连线了正在北京航天飞行控制中心执行任务的复杂网络与可视化实验室教授赵正旭,并采访了学校的科研团队。

本报记者 李云萍 通讯员 张建新/文

1 多次参与重大航天任务

“到目前为止,这次可视化航天保障任务,我们的系统平台运行良好,发挥的作用令人满意。”6月11日,正在北京航天飞行控制中心执行任务的复杂网络与可视化实验室教授赵正旭难抑内心的激动。

记者在复杂网络与可视化实验室见到了“系统”研发主力王威老师,他告诉记者,这是“系统”第七次助力我国重大航天任务。从嫦娥二号开始,航天测控可视化系统七次参加我国重大航天任务,它们分别是:嫦娥二号探月任务、飞越L2点任务和飞越“图塔迪斯”小行星任务、神舟八号与天宫一号交会对接任务,萤火一号任务,神舟九号与天宫一号载人交会对接任务和本次神舟十号与天宫一号载人交会对接任务。“我们研发的这一系统,接下来将参加我国首次落月——嫦娥三号落月任务。”王威老师充满期待地向记者介绍。

据介绍,复杂网络与可视化实验室团队研发的“航天测控可视化系统”是国内首个具有完整自主知识产权且多次通过任务检验的航天测控可视化系统,该系统的成功应用,使我国航天测控可视化领域摆脱了长久以来对国外开发平台的依赖。与其它航天可视化和太空模拟软件系统相比,该可视化航天系统有非常高的精确度、逼真度和通用性。

“我们的可视化航天系统具有强大的实时三维计算和三维绘图功能,并能实现全几何体及局部的实时渲染与表现,实时生成极其逼真的太空画面,精确的天体运动,甚至表盘级的细节,从而能提供各种不同的空间科学和航天技术数据,并且附加强烈的艺术效果。”王威老师举了一个例子,比如从“缓缓自转的巨大行星”到“环视悠然飘过的大气层或云层”,从行星表面上的高山、峡谷、陨石坑等地貌特征,到地貌所投注在表面上的长长影子等。系统平台支持随意改变星球、月球、陨石等天体物的表面特征,随时检索和显示地球、月球和其它星球上的任何山脉、河川、陆洲、海洋、城市、村庄、观测站、测控站、建筑物和其它标记。不仅如此,本系统平台还能实时跟踪测控三维可视化任何卫星、飞行器、陨石等天体的位置、轨道,对地轨迹、对地覆盖区域、姿态和其它控制参量。同时可以实时模拟和可视化地面测控站和测控装置。这些都会让“太空授课”这个此次航天飞行任务中的一大亮点“锦上添花”,变得更直观、更清晰、更形象。

“总之,可视化航天系统平台并不是为了模拟和演示具有艺术和幻想效果的空间场景而设计的。它是一个大型复杂的实时太空三维模拟系统,其主要设计意图是实现可视化航天。”王威老师说。

2 系统平台更趋完美

据了解,神舟十号与天宫一号载人交会对接任务主要分为发射、入轨、变轨、自动对接、撤离、手动对接、撤离、返回等几个关键阶段。具体为:从发射场升空进入近地轨道,通过变轨和天宫一号完成自动对接,并在自动对接完成后的几天内,会进行相关科学实验工作(包括太空授课),而后进行撤离和手动对接,手动对接后再次进行相关科学实验,最后神十会脱离天宫一号,返回地面。

早在去年,神舟九号与天宫一号交会对接任务圆满结束后,针对神舟十号与天宫一号载人交会对接新任务、新要求,复杂网络与可视化实验室研发团队就及早着手准备,进行了近一年的精心细致的升级更新工作。他们首先针对任务特点要求,用了近一年的时间进行了可靠性测试,同时更新了系统显示模块的功能以及相关模型数据,使得显示效果更加逼真,另外更新数据通讯模块的功能,提高收发数据的可靠性和处理速度。经过更新升级的“航天测控可视化系统”可靠性、显示效果、数据处理速度更趋完美,在本次任务中发挥作用很出色。

3 师生打造“十二人团队”

团队能够出色完成任务,这不是一个人的功劳,是团队团结凝聚、传承奋斗的结果。为了圆满完成这次任务,去年神九天宫对接任务一结束,团队就马不停蹄又投入到紧张有序的各项工作中。据王威老师介绍,目前团队成员已从“嫦娥二号”时的4人团队调整增至12人。

复杂网络与可视化实验室此次参与神舟十号与天宫一号载人交会对接任务的团队中学生占大多数,教师只占3人。团队中还包括2名博士研究生,5名硕士研究生,2名本科生。而团队成员中,除赵正旭教授这位主帅外,其余人员都是“80后”,其中2名本科生均是“90后”。而本科生和徐骞老师都是新成员。他们全程参与研发保障工作,成为学校执行此次交会对接任务的亮点之一。

据了解,早在前几个月,针对神舟十号与天宫一号载人交会对接任务中提出的新要求,团队成员就已经在赵正旭教授的领导下长期驻守北京,与北京航天飞行控制中心的工程师交流、并开发和测试工作。目前,部分成员还在北京航天飞行控制中心继续执行后续任务。而学校还将很快派出新的人员,加强系统关键点的技术保障工作力量。

4 团队合作“零”磨合

聂海胜、张晓光和女航天员王亚平“神十飞行组”心理相容性比较好。而在“航天测控可视化系统”研发保障任务过程中,学校团队成员之间、团队与北京航天飞行控制中心之间合作的“零”磨合同样是大家最深切的体会和感受。

早在2009年,赵正旭教授带领科研团队成功研发了我国首个火星探测三维可视化系统平台。2010年,他挂帅出征“嫦娥二号”飞天,团队经过近五个月的努力,最终研发了嫦娥二号三维可视化平台,“嫦娥奔月”的完美曲线呈现在了世人面前,出色完成任务。 “系统研发团队在赵正旭教授的领导下,每个任务都能高效率、高质量地完成。”团队骨干徐骞老师这样说,“赵正旭教授经常强调团队的合作精神和成员间的相互沟通。对每一个团队成员的工作、学习、生活都十分关心。”令团队的每一名学生颇有感触的是“在团队里学到了严谨的工作方式和缜密的处事思路。”

2011年3月,北京航天飞行控制中心授牌石家庄铁道大学为“最佳合作单位”,不久,特聘复杂网络与可视化实验室赵正旭教授担任该中心特聘专家。北京航天飞行控制中心领导及相关负责人一直保持着与赵正旭教授和团队成员的密切联系,使得双方合作进展顺利,任务期间更是给予团队有力的帮助和支持。“双方合作无需磨合,保证了人员沟通的高效以及任务进行的顺利。”赵正旭教授这样表示。

“学校适时调整我们的教学和学习任务,为确保我们执行各项任务期间全身心的投入提供了有力的帮助和支持。”参与执行任务的师生都这样感慨。

“挑战就是机遇,难点突破了就是发展!战胜困难,除了科研实力外,更主要的还要靠信心和勇气。在国家重大任务需要的时候,就应该站在前沿,勇于担当!”从“嫦娥二号”探月到“神十”与“天宫一号”交会对接,“可视化航天系统平台”不断随着保障任务而变化升级、“拾遗补缺”。“2013年下半年嫦娥三号将完成发射和落月任务。这将是我国第一个能够在地外天体上软着陆的飞行器。”团队负责人赵正旭教授表示:“在可视化航天保障任务中,每次成功绝不意味可以一劳永逸,我们的系统平台只有在不断优化、完善和改进提升中,才能在新的任务诸多挑战中多一份胜算和把握,再立新功。”