自9月28日進(jìn)入北京航天飛行控制中心，在歷時12天的緊張工作中，航天可視化團(tuán)隊負(fù)責(zé)人趙正旭教授及劉展威、佟寬章、王威4人圓滿地完成了嫦娥二號三維可視化前期任務(wù)。向全球展現(xiàn)了嫦娥二號發(fā)射任務(wù)的實時精彩仿真。
“以前是航天可視化，現(xiàn)在是可視化航天?！北本┖教祜w行控制中心總工程師周建亮不無贊賞地說。嫦娥二號三維可視化系統(tǒng)不僅達(dá)到了世界先進(jìn)水平，而且使中國的航天可視化事業(yè)一舉走在了世界前列。
讓繞月之旅直觀呈現(xiàn)
“科學(xué)可視化作為一種特殊的計算方法，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)不可見信息的方法?！壁w正旭說。
自今年5月始，趙正旭帶領(lǐng)團(tuán)隊開始了嫦娥二號繞月探測任務(wù)三維可視化系統(tǒng)平臺的研發(fā)工作。
“嫦娥二號繞月探測任務(wù)三維可視化系統(tǒng)就是利用虛擬現(xiàn)實技術(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)控人員隨時操控指揮飛行器運行狀態(tài)，二是讓所有人一起分享嫦娥二號精彩的繞月之旅?！壁w正旭說，“嫦娥二號繞月探測任務(wù)三維可視化系統(tǒng)平臺覆蓋了火箭點火與發(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、火箭動作、遙測跟蹤、飛行器變軌修正、近月制動、飛行器姿態(tài)控制、接口驅(qū)動等關(guān)鍵工程環(huán)節(jié)的可視化控制任務(wù)。主要用于表現(xiàn)嫦娥二號飛行情況，并對其進(jìn)行實時監(jiān)控，實現(xiàn)多目標(biāo)多任務(wù)下嫦娥二號及運載工具的運行狀態(tài)以及星空和空地運行環(huán)境實時模擬的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)?！蓖ㄋ椎卣f，就是用三維的環(huán)境把真實的宇宙深空“拉近”，讓人們在身臨其境中感受幾十萬公里外嫦娥二號繞月、探月整個過程。
“嫦娥二號繞月三維可視化平臺除了仿真功能外，一個最重要的功能就是實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)的傳輸需要時間，監(jiān)測人員通過數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷也需要時間，三維可視化平臺通過直觀的畫面快速顯示，監(jiān)測人員一目了然中可以隨時了解衛(wèi)星飛行情況，通過這一平臺調(diào)整衛(wèi)星飛行軌道。不僅如此，通過三維可視化平臺系統(tǒng)還可以進(jìn)行前期仿真模擬實驗，以此檢驗理論設(shè)計，優(yōu)化操作，達(dá)到最佳狀態(tài)。”趙正旭說。
據(jù)了解，與前輩嫦娥一號相比，嫦娥二號最大的特點就是飛向月球更快了。嫦娥一號環(huán)繞地球飛了7天，經(jīng)過4次變軌，最終才飛向月球；而嫦娥二號由長征三號丙火箭直接送入近地點200公里、遠(yuǎn)地點約38萬公里的奔月軌道，一步到位進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，飛行時間大概只需112個小時。由于火箭燃盡后的最大速度直接決定遠(yuǎn)地點的高度，出現(xiàn)幾米每秒的速度誤差就會將嫦娥二號直接打飛甚至撞上月球，對火箭入軌精度要求極高，用“失之毫厘謬以千里”來形容再正確不過了。嫦娥二號繞月三維可視化平臺如同無處不在的“第三只眼”，為嫦娥二號順利入軌，乃至繞月保駕護(hù)航。
負(fù)責(zé)嫦娥二號工程的有關(guān)負(fù)責(zé)人前期在與趙正旭進(jìn)行短信交流中寫道：“嫦娥二號繞月探測任務(wù)三維可視化系統(tǒng)平臺是當(dāng)之無愧的國際領(lǐng)先水平，能在這么短的時間內(nèi)達(dá)到實戰(zhàn)應(yīng)用，已經(jīng)很不容易了。”
10月1日，伴隨著西昌衛(wèi)星發(fā)射中心“點火”成功，半個小時后，北京航天飛行控制中心主屏幕上，嫦娥二號精彩的飛天繞月之旅通過可視化平臺栩栩如生、美輪美奐地展示在全國乃至世界的面前。隨后的日子里，嫦娥二號三維可視化系統(tǒng)運行異常平穩(wěn)。
“原來最擔(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)說。
據(jù)趙正旭介紹，從星箭分離開始，直到嫦娥二號任務(wù)結(jié)束，嫦娥二號所有的實時仿真的展示都是由“三維可視化系統(tǒng)平臺”實現(xiàn)，包括衛(wèi)星在地月轉(zhuǎn)移段、月球捕獲段和環(huán)月運行段的多次變軌控制；經(jīng)地月轉(zhuǎn)移段幾次中途修正；月球捕獲段的近月制動及平面機(jī)動；控制衛(wèi)星進(jìn)入100公里極月圓軌道，進(jìn)入近月點15公里的試驗軌道；完成虹灣區(qū)域月面的高分辨率成像后，控制衛(wèi)星返回100公里極月軌道，等等。
成就嫦娥二號繞月可視化之旅
自今年5月開始，作為嫦娥二號繞月精彩之旅轉(zhuǎn)播及監(jiān)測平臺，嫦娥二號探月工程可視化系統(tǒng)正式開發(fā)。在短短的近5個月的時間里，中國首次深空探測可視化平臺研發(fā)者趙正旭教授帶領(lǐng)團(tuán)隊，突破了一個個難題，圓滿地完成了項目的所有既定目標(biāo)。
自接受嫦娥二號繞月探測任務(wù)三維可視化系統(tǒng)平臺的研發(fā)工作以來，趙正旭和團(tuán)隊人員就開始了沒日沒夜的工作，工作到深夜一兩點是經(jīng)常的事兒。
由于科研工作緊張和連日勞累，身體一向強(qiáng)壯的趙正旭吃不下飯了，“有幾天是吃什么吐什么”。
可視化平臺模型創(chuàng)建者王威，上午舉行完新婚典禮，下午就走進(jìn)實驗室。負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的佟寬章今年孩子剛1歲多，他不得不把孩子送到父母家。
這個由4人組成的團(tuán)隊，除了趙正旭之外，其他3個人都是第一次參與國家航天科技攻關(guān)工作，壓力是可想而知的。
中秋節(jié)是舉家團(tuán)圓的時刻，可他們卻是在北京航天飛行控制中心度過的。嫦娥二號即將發(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)平臺調(diào)試工作也不例外，他們中的每一個人都既緊張又興奮。
10月9日上午11時34分完成第三次對月制動后，科研小組人員回校休整。因為匆忙，來不及摘下工作證，車行至滿城服務(wù)區(qū)休息時，服務(wù)區(qū)的工作人員驚喜地發(fā)現(xiàn)了大家的身份，興奮地說：“非常精彩，非常好看，太激動人心了?！蹦且豢檀蠹蚁矏傊闊o以言表?！澳敲炊嗟念I(lǐng)導(dǎo)表揚我們，但是這句話更激勵我們”。
航天科研成果累累
“虛擬現(xiàn)實是我的研究方向，當(dāng)然更是我的愛好。”1988年，原本在國內(nèi)學(xué)習(xí)機(jī)械專業(yè)的趙正旭，出國后到英國斯坦福大學(xué)攻讀計算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位，自此開始了虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)。
經(jīng)過10余年的不懈努力，終于研發(fā)出17萬行代碼的TDS虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)。
“該系統(tǒng)是一個完整的、大型的、海量級的空間技術(shù)模擬計算與信息控制系統(tǒng)，不僅包括了美國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、腳本編程和實時控制等獨特功能，其最大的特點就是功能全、通用性強(qiáng)，探月工程后續(xù)‘落月’、‘回月’階段都可以用，今后國家深空探測也可以使用?！壁w正旭表示。
自主研發(fā)，親自編程，TDS虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)傾注了趙正旭太多的智慧和心血，因為擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，有人想出錢購買，但讓趙正旭回絕了。“我研發(fā)這一軟件系統(tǒng)的初衷不是為了錢，我只是想為國家、為中國的航天事業(yè)做點實質(zhì)性的工作?！?/p>
即使在國外期間，趙正旭也先后參與了我國“神三”、“神五”、“神六”、“神七”發(fā)射的一些科技攻關(guān)工作。因研發(fā)工作涉及國家機(jī)密，所以一直“默默無聞”。但是歷史不會忘記，趙正旭先后榮獲了世界MARQUIS科技榮譽(yù)獎、英國電力工程師協(xié)會最佳研究獎、英國劍橋國際技術(shù)榮譽(yù)獎等多項國際大獎。2008年，英國derby大學(xué)特聘趙正旭為科學(xué)博士，這也是derby大學(xué)有史以來第一位科學(xué)博士。
2008年，闊別祖國20年的趙正旭攜夫人回國?；貒?，很快就投入到我國航天測控可視化專業(yè)領(lǐng)域。2009年4月開始研發(fā)我國首次火星探測三維可視化系統(tǒng)平臺，僅用了6個月的時間，就完成了建立和調(diào)試。
目前，世界上只有美國國家航空航天局和歐洲太空局擁有深空探測三維可視化平臺，趙正旭研發(fā)的火星探測三維可視化平臺不僅具有自主的知識產(chǎn)權(quán)，同時還達(dá)到國際領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了中國航天業(yè)可視化事業(yè)的空白，對中國航天事業(yè)來說是一個巨大的跨越。
“如果去年10月份火星探測計劃不推遲，那么通過電視就可以看到一億公里之外螢火一號探測器探訪火星的全過程，而提供這一真實虛擬空間的深空探測三維可視化平臺與嫦娥二號繞月三維可視化平臺的功能是一樣的。”提起去年螢火一號并未如期發(fā)射，趙正旭有些遺憾。
今年5月份，趙正旭開始嫦娥二號繞月可視化系統(tǒng)平臺的建立和調(diào)試?！罢麄€可視化平臺的構(gòu)建初步分為一期、二期、三期3個階段，一期是針對嫦娥二號探月工程任務(wù)的可視化，二期是用于后期的交會對接任務(wù)，三期將服務(wù)于今后的深層空間探測工程。最終實現(xiàn)二代可視化系統(tǒng)，滿足火星探測、嫦娥探月及交會對接任務(wù)的模擬仿真、控制計算、數(shù)據(jù)處理、信息可視化等要求，建設(shè)適應(yīng)我國航天飛控中心各類航天任務(wù)可視化系統(tǒng)平臺的統(tǒng)一架構(gòu)?！壁w正旭說。
按照預(yù)定計劃，嫦娥二號將于近期由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，三維可視化平臺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15公里降軌及升軌等任務(wù)。
引自”從航天可視化到可視化航天“，2010-10-20，科學(xué)網(wǎng)（來源科學(xué)時報），http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2010/10/237629.html?id=237629