10月6日，環(huán)月成功，三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)工作順暢，趙正旭教授露出了開(kāi)心的笑容。
９月３０日，在北京航天飛行控制中心，四人攻關(guān)小組在緊張的工作間隙合影留念。
環(huán)月成功后,在北京航天飛行控制中心，趙正旭（左）和航天中心總工程師助理、軟件室主任孫軍合影。
本報(bào)記者 裴建素 通訊員 蘇喜娥
繼10月9日上午圓滿完成第三次對(duì)月制動(dòng)之后，當(dāng)天下午，“嫦娥二號(hào)”三維可視化系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)航天可視化團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人學(xué)趙正旭等4位老師從北京載譽(yù)歸來(lái)。
自9月28日前往北京航天飛行控制中心，在歷時(shí)12天的緊張工作中，航天可視化團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人趙正旭教授及劉展威、佟寬章、王威老師四人團(tuán)隊(duì)圓滿地完成了“嫦娥二號(hào)”三維可視化前期任務(wù)，向全球展現(xiàn)了“嫦娥二號(hào)”發(fā)射任務(wù)的實(shí)時(shí)精彩仿真，受到國(guó)家有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、同行專家的好評(píng)。
今年5月，作為 “嫦娥二號(hào)”繞月精彩之旅轉(zhuǎn)播及監(jiān)測(cè)平臺(tái)，“嫦娥二號(hào)”探月工程可視化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)正式開(kāi)始。在短短的五個(gè)月的時(shí)間里，趙正旭帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，突破了一個(gè)個(gè)難題，圓滿地完成了項(xiàng)目的所有既定目標(biāo)。
把枯燥的數(shù)據(jù)可視化，讓繞月之旅直觀呈現(xiàn)
10月1日，伴隨著西昌衛(wèi)星發(fā)射中心“點(diǎn)火”成功，半個(gè)小時(shí)后，北京航天飛行控制中心主屏幕上，“嫦娥二號(hào)”精彩的飛天繞月之旅通過(guò)可視化平臺(tái)栩栩如生、美輪美奐地展示在全國(guó)、乃至世界的面前。隨后的日子里，“嫦娥二號(hào)”三維可視化系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。
“科學(xué)可視化作為一種特殊的計(jì)算方法，其奧妙就是把浩如煙海的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形，描繪成數(shù)據(jù)‘風(fēng)景’，為人們提供一種發(fā)現(xiàn)不可見(jiàn)信息的方法。”趙正旭教授這樣通俗地解釋“科學(xué)可視化”。
自今年5月始，趙正旭帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了“嫦娥二號(hào)”繞月探測(cè)任務(wù)三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)的研發(fā)工作。
“‘嫦娥二號(hào)’繞月探測(cè)任務(wù)三維可視化系統(tǒng)就是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，把只有專業(yè)人士才能看懂的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成普通人都能看明白的直觀圖像，一是便于監(jiān)控人員隨時(shí)操控指揮飛行器運(yùn)行狀態(tài)，二是讓所有人一起分享“嫦娥二號(hào)”精彩的繞月之旅。”
“‘嫦娥二號(hào)’繞月探測(cè)任務(wù)三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)覆蓋了火箭點(diǎn)火與發(fā)射、上升段、轉(zhuǎn)移段、環(huán)月段的可視化控制，包括遙控指令、火箭動(dòng)作、遙測(cè)跟蹤、飛行器變軌修正、近月制動(dòng)、飛行器姿態(tài)控制、接口驅(qū)動(dòng)等關(guān)鍵工程環(huán)節(jié)的可視化控制任務(wù)。主要用于表現(xiàn)‘嫦娥二號(hào)’飛行情況，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。”通俗地說(shuō)，就是用三維的環(huán)境把真實(shí)的宇宙深空“拉近”，讓人們?cè)谏砼R其境中感受幾十萬(wàn)公里外“嫦娥二號(hào)”繞月、探月整個(gè)過(guò)程。
“‘嫦娥二號(hào)’繞月三維可視化平臺(tái)除了仿真功能外，一個(gè)最重要的功能就是實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)的傳輸需要時(shí)間，監(jiān)測(cè)人員通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷也需要時(shí)間，三維可視化平臺(tái)通過(guò)直觀的畫面快速顯示，監(jiān)測(cè)人員一目了然中可以隨時(shí)了解衛(wèi)星飛行情況，通過(guò)這一平臺(tái)調(diào)整衛(wèi)星飛行軌道。不僅如此，通過(guò)三維可視化平臺(tái)系統(tǒng)還可以進(jìn)行前期仿真模擬實(shí)驗(yàn)，以此檢驗(yàn)理論設(shè)計(jì)，優(yōu)化操作，達(dá)到最佳狀態(tài)。”
據(jù)了解，與“嫦娥一號(hào)”相比，“嫦娥二號(hào)”最大的特點(diǎn)就是飛向月球速度更快了。由于火箭燃盡后的最大速度直接決定遠(yuǎn)地點(diǎn)的高度，速度稍有誤差就會(huì)將“嫦娥二號(hào)”直接打飛甚至撞上月球。三維可視化平臺(tái)如同無(wú)處不在的“第三只眼”，為“嫦娥二號(hào)”順利入軌，乃至繞月保駕護(hù)航。
負(fù)責(zé)“嫦娥二號(hào)”工程的有關(guān)負(fù)責(zé)人前期在與趙正旭進(jìn)行短信交流時(shí)寫道：“‘嫦娥二號(hào)’繞月探測(cè)任務(wù)三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)是當(dāng)之無(wú)愧的國(guó)際領(lǐng)先水平，能在這么短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，已經(jīng)很不容易了。”
“原來(lái)最擔(dān)心的是你們這一塊，現(xiàn)在最放心的也是你們這一塊。”北京航天飛行控制中心領(lǐng)導(dǎo)贊嘆地說(shuō)。“以前是航天可視化，現(xiàn)在是可視化航天。”北京航天飛行控制中心總工程師周建亮也不無(wú)贊賞地說(shuō)。“嫦娥二號(hào)”三維可視化系統(tǒng)不僅達(dá)到了世界先進(jìn)水平，而且使中國(guó)的航天可視化事業(yè)一舉走在了世界前列。
四人小組苦戰(zhàn)五個(gè)月，成就繞月可視化之旅
10月9日上午完成第三次對(duì)月制動(dòng)后，科研小組成員踏上返回石家莊的路。因?yàn)榇颐Γ麄儊?lái)不及摘下工作證，當(dāng)車行至滿城服務(wù)區(qū)休息時(shí)，服務(wù)區(qū)的工作人員驚喜地發(fā)現(xiàn)了大家的真實(shí)身份，興奮地對(duì)他們說(shuō)：“非常精彩，非常好看，太激動(dòng)人心了。”趙正旭說(shuō)，那一刻每一個(gè)成員的喜悅之情無(wú)以言表。“這句話對(duì)我們既是表?yè)P(yáng)也是激勵(lì)。”
自接受“嫦娥二號(hào)”繞月探測(cè)任務(wù)三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)的研發(fā)工作以來(lái)，趙正旭和團(tuán)隊(duì)人員就開(kāi)始了沒(méi)日沒(méi)夜的工作，工作到深夜一兩點(diǎn)是經(jīng)常的事兒。
由于科研工作緊張，趙正旭基本上是在學(xué)校的招待所或?qū)W生食堂解決吃飯問(wèn)題，由于工作需要，他要經(jīng)常往北京跑，那些科研攻關(guān)的日子，石家莊與北京之間的火車也就成為他睡覺(jué)休息的地方。身體一向強(qiáng)壯的他也常常由于連日勞累吃不下飯，“有幾天是吃什么吐什么。”對(duì)家人、兒子，趙正旭心存愧疚。兒子在英國(guó)讀書，假期只有愛(ài)人一人去國(guó)外看望。
趙正旭組成的科研團(tuán)隊(duì)中的每一位成員都全身心投入工作。可視化平臺(tái)模型創(chuàng)建者王威，上午舉行完新婚典禮，下午就走進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室。“‘嫦娥二號(hào)’繞月探測(cè)舉世關(guān)注，全世界的人們都將通過(guò)可視化平臺(tái)觀看這一盛況，我們代表的是中國(guó)的航天可視化技術(shù)水平，一定要做好。”王威說(shuō)。
“我們感到壓力非常大，但是能夠參與這份工作，我們又覺(jué)得非常自豪。”負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的佟寬章老師這樣說(shuō)，他的孩子今年才一歲多，不得不把孩子送到父母家。
“可能是太累了，或者說(shuō)壓力太大了，以前大家?guī)缀鹾苌偕。亲罱@段日子每個(gè)人身體狀況都不太好。”每次去北京時(shí)，劉展威老師帶的其中一個(gè)包都是用來(lái)裝藥的。
這個(gè)由四人組成的團(tuán)隊(duì)，除了趙正旭之外，其他三個(gè)人都是第一次參與國(guó)家航天科技攻關(guān)工作，壓力是可想而知的。
中秋節(jié)是舉家團(tuán)圓的時(shí)刻，可是他們四個(gè)人卻是在北京航天飛行控制中心度過(guò)的。“嫦娥二號(hào)”即將發(fā)射，所有前期準(zhǔn)備工作都在緊鑼密鼓中進(jìn)行，三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)調(diào)試工作也不例外，他們中的每一個(gè)人都既緊張又興奮。
“能夠參與這項(xiàng)工作，本身就是一種鍛煉和提高，更是經(jīng)驗(yàn)的最好積累和提升。”“我希望有一天，當(dāng)我年老的時(shí)候，我的孫子坐在我的腿上問(wèn)‘爺爺，您一生做過(guò)什么？’我會(huì)自豪地說(shuō)是參與了‘嫦娥二號(hào)’的發(fā)射工作。”“做這項(xiàng)工作，一沒(méi)有經(jīng)費(fèi)，二不能列入國(guó)家課題作為職稱評(píng)定項(xiàng)目，完全是奉獻(xiàn)，可我們都心甘情愿，因?yàn)橛械臇|西是沒(méi)法用金錢衡量的。”……每一個(gè)人的語(yǔ)言都很樸實(shí)，樸實(shí)的語(yǔ)言中滿含著責(zé)任與奉獻(xiàn)。也正是因?yàn)檫@種奉獻(xiàn)精神，成就了“嫦娥二號(hào)”繞月可視化之旅。
二十余年默默耕耘，航天科研成果累累
“虛擬現(xiàn)實(shí)是我的研究方向，當(dāng)然更是我的愛(ài)好。”1988年，原本在國(guó)內(nèi)學(xué)習(xí)機(jī)械專業(yè)的趙正旭，出國(guó)后在英國(guó)斯坦福大學(xué)攻讀計(jì)算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位，自此開(kāi)始了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。
此后，即便是茶余飯后閑暇之余，趙正旭也總是“琢磨”虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)的研發(fā)，精心“搭建”這一平臺(tái)，親自編制每一行代碼。經(jīng)過(guò)十余年的不懈努力，終于研發(fā)出十七萬(wàn)行代碼的TDS虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)。
“該系統(tǒng)是一個(gè)完整的、大型的、海量級(jí)的空間技術(shù)模擬計(jì)算與信息控制系統(tǒng)，不僅包括了美國(guó)航天局和歐洲空間指揮中心目前所使用的同類系統(tǒng)的所有功能，而且還具有擴(kuò)展模塊、用戶工具、網(wǎng)絡(luò)支持、腳本編程和實(shí)時(shí)控制等獨(dú)特功能，其最大的特點(diǎn)就是功能全、通用性強(qiáng)，探月工程后續(xù)‘落月’、‘回月’階段都可以用，今后國(guó)家深空探測(cè)也可以使用。”
自主研發(fā)，親自編程，TDS虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)傾注了趙正旭太多的智慧和心血，因?yàn)閾碛型耆淖灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)，有人想出錢購(gòu)買，但是趙正旭回絕了。“我研發(fā)這一軟件系統(tǒng)的初衷不是為了錢，我只是想為國(guó)家、為中國(guó)的航天事業(yè)做點(diǎn)工作。”
即使是在國(guó)外期間，趙正旭也先后參與了我國(guó)神三、神五、神六、神七發(fā)射的一些科技攻關(guān)工作，但是因研發(fā)工作多涉及國(guó)家機(jī)密，所以一直“默默無(wú)聞”。但是歷史不會(huì)忘記，趙正旭先后榮獲了世界MARQUIS科技榮譽(yù)獎(jiǎng)、英國(guó)電力工程師協(xié)會(huì)最佳研究獎(jiǎng)、英國(guó)劍橋國(guó)際技術(shù)榮譽(yù)獎(jiǎng)等多項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)。2008年，英國(guó)derby大學(xué)特聘趙正旭為科學(xué)博士，這也是derby大學(xué)有史以來(lái)第一位科學(xué)博士。
2008年，闊別祖國(guó)20年的趙正旭攜夫人回國(guó)。回國(guó)后，很快就投入到我國(guó)航天測(cè)控可視化專業(yè)領(lǐng)域。
2009年4月開(kāi)始研發(fā)我國(guó)首次火星探測(cè)三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)，僅用了6個(gè)月的時(shí)間，就完成了建立和調(diào)試。趙正旭研發(fā)的火星探測(cè)三維可視化平臺(tái)不僅具有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)還達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了中國(guó)航天業(yè)可視化事業(yè)的空白。
“如果去年10月份火星探測(cè)計(jì)劃不推遲，那么通過(guò)電視就可以看到一億公里之外‘熒火一號(hào)’探測(cè)器探訪火星的全過(guò)程，而提供這一真實(shí)虛擬空間的深空探測(cè)三維可視化平臺(tái)與‘嫦娥二號(hào)’繞月三維可視化平臺(tái)的功能是一樣的。”提起去年“螢火一號(hào)”并未如期發(fā)射，趙正旭有些遺憾。
今年5月份，趙正旭又開(kāi)始了“嫦娥二號(hào)”繞月可視化系統(tǒng)平臺(tái)的建立和調(diào)試。“整個(gè)可視化平臺(tái)的構(gòu)建初步分為三個(gè)階段，一期是針對(duì)‘嫦娥二號(hào)’探月工程任務(wù)的可視化，二期是用于后期的交會(huì)對(duì)接任務(wù)，三期將服務(wù)于今后的深層空間探測(cè)工程。最終實(shí)現(xiàn)二代可視化系統(tǒng)，滿足火星探測(cè)、嫦娥探月及交會(huì)對(duì)接任務(wù)的模擬仿真、控制計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、信息可視化等要求，建設(shè)適應(yīng)我國(guó)航天飛控中心各類航天任務(wù)可視化系統(tǒng)平臺(tái)的統(tǒng)一架構(gòu)。”
按照預(yù)定計(jì)劃，“嫦娥二號(hào)”將于10月24日由100公里降到近月15公里，拍攝后續(xù)任務(wù)著陸的月球虹灣備選著陸區(qū)圖像。屆時(shí)，三維可視化平臺(tái)小組一行四人將返回北京航天飛行控制中心，繼續(xù)完成后續(xù)的近月點(diǎn)15公里降軌及升軌等任務(wù)。