中科院空間科學(xué)中心仿真室：讓科學(xué)設(shè)想立體化
對(duì)人們來說，“空間科學(xué)”似乎是一個(gè)“熟悉”又“神秘”的字眼。
說它“熟悉”，是因?yàn)殡S著我國航天技術(shù)水平的提高，越來越多的空間系列任務(wù)——通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、對(duì)地觀測衛(wèi)星、載人航天、空間站……正以更短周期出現(xiàn)在公眾視界中；說它“神秘”，是因?yàn)樗拖褚粋€(gè)新娘，只有在面對(duì)科學(xué)家的時(shí)候才現(xiàn)出自己的本來面貌，而對(duì)大多數(shù)公眾，它總是面紗輕掩。
懷著對(duì)這份“神秘”的渴知，記者走進(jìn)了科學(xué)院空間科學(xué)中心空間技術(shù)部空間信息仿真技術(shù)研究室（下稱仿真室）。
為科學(xué)設(shè)想提供“通行證”
走進(jìn)空間科學(xué)任務(wù)論證中心，先躍入眼簾的是墻上七八米長、一米多高的大屏幕。屏幕上一組不斷變化的三維空間圖像一下吸引了記者的目光。
“這是在我們初級(jí)系統(tǒng)上論證過的MIT計(jì)劃（磁層、熱層、電離層耦合探測衛(wèi)星星座）、FIX計(jì)劃（編隊(duì)飛行成像X射線望遠(yuǎn)鏡）以及SPORT計(jì)劃（太陽軌射電望遠(yuǎn)鏡）等空間科學(xué)預(yù)研項(xiàng)目，還有它們?cè)谌S空間的飛行軌道、空間環(huán)境和衛(wèi)星模型的三維可視化表達(dá)。”仿真室副主任鄭建華研究員介紹說。
除大屏幕以外，論證中心的重要設(shè)備就屬論證崗位上的十幾臺(tái)電腦了。每當(dāng)有論證任務(wù)，科學(xué)家和專業(yè)論證崗位人員就會(huì)通過電腦上的專業(yè)軟件開展協(xié)同設(shè)計(jì)與論證工作。
論證中心研究人員鄧麗介紹：“空間科學(xué)任務(wù)論證是仿真室的主要任務(wù)之一。我們根據(jù)科學(xué)家提出的設(shè)想，設(shè)計(jì)出衛(wèi)星飛行軌道，并對(duì)衛(wèi)星構(gòu)形、空間環(huán)境、姿態(tài)控制需求、衛(wèi)星在軌科學(xué)探測事件以及上下行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。”
“科學(xué)家在預(yù)研項(xiàng)目中提出的多是概念性任務(wù)，離工程還很遠(yuǎn)。利用論證支持系統(tǒng)不僅可以把他們的科學(xué)設(shè)想仿真出來，呈現(xiàn)在眼前，還可以幫助他們拿出初步技術(shù)方案。”
空間技術(shù)部主任孟新研究員告訴記者：“以前，科學(xué)家論證一個(gè)項(xiàng)目可能需要一兩年，論證結(jié)果與工程可行性之間往往還存在較大差距?，F(xiàn)在一般為三個(gè)月，甚至在更短的時(shí)間內(nèi)就可以對(duì)一個(gè)項(xiàng)目作出深度論證。”
除為科學(xué)設(shè)想提供論證支持以外，論證技術(shù)還可以服務(wù)于工程任務(wù)。
嫦娥二號(hào)完成繞月飛行使命后，仍可利用剩余燃料進(jìn)一步開展深空新技術(shù)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。仿真室利用近幾年來的技術(shù)積累，采用“星際超級(jí)公路（IPS）”深空節(jié)能軌道設(shè)計(jì)方法，率先設(shè)計(jì)出“嫦娥二號(hào)”拓展試驗(yàn)日地L2點(diǎn)的Lissajous軌道，并被工程采納。
瞄準(zhǔn)技術(shù)
“我們部共有5個(gè)研究室，仿真室是‘二哥’。它的成績一點(diǎn)也不含糊，軌道論證與仿真可視化技術(shù)從基礎(chǔ)理論研究到實(shí)際工程應(yīng)用，在屈一指。”孟新親切地說。
之所以稱為“二哥”，是因?yàn)榉抡媸以陉?duì)伍規(guī)模和承擔(dān)工程任務(wù)量上僅次于“大哥”空間綜合電子研究室。
“十二五”期間，中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)部署了硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡、實(shí)踐十號(hào)、量子科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星、暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星、夸父計(jì)劃、空間科學(xué)背景型號(hào)項(xiàng)目、空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目等七項(xiàng)科學(xué)任務(wù)。仿真室負(fù)責(zé)為這些項(xiàng)目提供論證支撐。
“這對(duì)我們的論證能力提出更高要求。未來五年，我們將在空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目的支持下，立足原來的初級(jí)系統(tǒng)基礎(chǔ)，大幅提升論證支持系統(tǒng)的軟硬件支持能力，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提高論證崗位人員的技術(shù)支撐能力。”鄭建華說。
空間科學(xué)任務(wù)協(xié)同設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)在我國空間科學(xué)探測任務(wù)中發(fā)揮著不可替代的作用。在空間中心正在籌備的空間科學(xué)探測天地支持技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目中，它位列五大重要研究方向之一。
然而，回憶起仿真室成立之初的時(shí)光，鄭建華心中“百味雜陳”。2004年初，科學(xué)院進(jìn)行機(jī)構(gòu)調(diào)整，載人航天應(yīng)用系統(tǒng)總體部被從空間中心劃出。空間中心以部分留下來的研究人員為主成立仿真室，將空間科學(xué)任務(wù)論證仿真、空間科學(xué)地面支持技術(shù)作為主要研究方向。
恰逢其時(shí)，軌道動(dòng)力學(xué)與控制鄭建華剛從英國謝菲爾德大學(xué)訪問回國，開始著手籌備成立研究室。她回憶，仿真室成立之初，只有7名在職職工和2位已退休的研究員。經(jīng)過幾年發(fā)展，仿真室的研究隊(duì)伍現(xiàn)已擴(kuò)展到四十余名職工、三十余名學(xué)生的規(guī)模，當(dāng)初布局的幾個(gè)學(xué)科方向現(xiàn)在都取得了很大發(fā)展。
