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五个月研发虚拟仿真系统 赵正旭被誉为嫦娥画家
2011年7月4日    评论:    分享:

    来源:大河网

   2010年10月1日18时59分57秒,嫦娥二号卫星在西昌卫星发射中心发射升空,举国欢庆。而我们通过电视直播信号所看到的“嫦娥二号“卫星在太空的飞行画面,要归功于三维可视化系统,正是依靠这一系统,“嫦娥二号”精彩的飞天绕月之旅才栩栩如生地展示在全国乃至全世界的面前,而这个三维可视化系统就是石家庄铁道大学信息科学与技术学院院长赵正旭教授带领刘展威、佟宽章、王威老师四人团队研发而成的。在近5个月的研发时间里,他们克服了重重困难,终于让“嫦娥奔月”的完美曲线呈现在了世人面前,圆满地完成了“嫦娥二号”三维可视化前期任务,向全球展现了“嫦娥二号”发射任务的实时精彩仿真,受到国家有关领导、同行专家的好评,引起了国内外航天界的关注。

  赵正旭教授被誉为“嫦娥画家”

    赵正旭教授是长江学者,博士生导师,英国Derby等多家大学兼职教授,现担任石家庄铁道大学信息科学与技术学院院长。他拥有联合国开发署高级技术顾问、世界计算机学会技术委员会评审委员等10余项头衔和荣誉。目前承担多项国防及国家自然基金项目。从事计算机图形学、虚拟现实技术和虚拟仿真,是虚拟现实技术领域中的国际知名学者。曾经获得英国皇家科学技术顾问组织(NAB)基金奖,英国计算机辅助制造工程组织最佳研究奖,英国电力工程师协会IEE最佳研究奖,世界MARQUIS科技荣誉奖,英国剑桥国际技术荣誉奖,联合国开发署技术顾问资助奖,英国虚拟现实系统设计奖,英国标准局BSI虚拟现实MMS网络通信研究奖,英国TCT虚拟工程研究奖和英国高校科研优秀特级奖。

五个月研发虚拟仿真系统 赵正旭成为 嫦娥画家
图片来源于互联网

    这位曾在英国求学20年的计算机科学博士,2008年毅然带着自己的学识回到家乡,报效国家。1992年,开始自主设计与研制的TDS(TotalDiscovery ofSpace)系统,用于表现航天器飞行情况,并对其进行实时监控,实现多目标多任务下航天器及运载工具的运行状态及星空和空地运行环境的实时模拟。

   2009年,他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。去年,赵正旭团队经过近五个月的努力,最终研发了“嫦娥二号”三维可视化虚拟现实平台。

   北京航天飞行控制中心三维可视化系统平台就是在赵正旭自主设计并研发的TDS系统的基础上进行开发的,整个平台的构建分为两到三期,最终满足我国航天飞控中心深空探测、绕月探测和交会对接等各类航天任务的需要,建立集实时仿真控制、数据处理和信息可视化功能于一体的系统平台。

    2010年10月1日18时59分57秒,该系统将“嫦娥二号”精彩的飞天绕月之旅才栩栩如生地展示在全国乃至全世界的面前,赵正旭从此被大家称为“嫦娥画家”。

    “嫦娥二号”绕月三维可视化虚拟现实平台让太空近在咫尺  

    据赵正旭教授介绍,“嫦娥二号”绕月三维可视化平台,通俗地说,就是通过用三维的环境把真实的宇宙深空“拉近”,人们仿佛如身临其境,感受几十万公里外“嫦娥二号”绕月、探月整个过程。

    这套系统平台的不仅功能强大,而且在整个项目过程中,发挥的作用。我们在电视上看到的只是“嫦娥二号”绕月三维可视化平台展示给我们的仿真功能,其实它最重要的功能实时监控,三维可视化平台通过直观的画面快速显示,让监测人员可以随时了解卫星飞行情况,通过这一平台调整卫星飞行轨道,大大缩短了数据的传输需要时间,监测人员通过数据进行判断所需要的时间,优化操作,使卫星运行达到最佳状态。

五个月研发虚拟仿真系统 赵正旭被誉为嫦娥画家

    “嫦娥二号”三维可视化虚拟现实系统整个平台的建设分为一期、二期、三期三个阶段。系统平台的一期是针对去年10月“嫦娥二号”探月工程任务的可视化,二期是用于今年下半年的交会对接任务,三期将服务于今后的深层空间探测工程。整个系统平台涵盖了火箭点火与发射、上升段,转移段、环月段的可视化控制,包括遥控指令、火箭动作、遥测跟踪、飞行器变轨修正、近月制动、飞行器姿态控制、接口驱动等关键工程环节的可视化控制任务。绕月探测任务三维可视化系统平台的程序代码,多达十几万行。

    据了解,从1992年在英国留学时,赵正旭就开始了对这个系统的构思和设计。2009年,赵正旭曾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5月,赵正旭4人团队,开始了“嫦娥二号”探月工程可视化系统的开发。在近5个月的时间里顺利完成,并很快应用于“嫦娥二号”精彩飞天绕月这一举世项目。

    “嫦娥二号”卫星超期服役能力挖掘到了极限

    据相关专家介绍,2010年10月1日发射的嫦娥二号卫星原本设计寿命是半年。今年4月1日,嫦娥二号半年设计寿命期满,圆满完成了各项工程目标和科学探测任务。鉴于嫦娥二号卫星依然有不少燃料,科学家们决定让它开展拓展性试验任务。 “嫦娥二号的拓展试验分三项内容:第一项是补全月球南北两极的图像,第二项是再次降至近月点15公里轨道高度,对虹湾地区进行高分辨率的成像;这两项试验已经在5月23日全部完成。剩下第三项,也是最重要的一项,就是择机从月球逃逸,飞往更远的深空。”国防科工局有关负责人说。

五个月研发虚拟仿真系统 赵正旭被誉为嫦娥画家

    有关航天专家说,现在我们探测月球也只是到40万公里左右的地方,要到150万公里以远的地方,测控、通信、数传、轨道设计都要经过验证,这将使我国在深空探测领域又向前迈进一步。

    据介绍,这次飞行探测包括了技术试验和科学试验的各两项任务。技术试验的任务,首先是要实现从月球到目标点的“长途旅行”并绕目标点环绕飞行;其次是要验证150万公里远距离的深空测控能力。

    据了解,为了实施嫦娥三号任务和未来火星探测等深空任务,我国正在研制建设35米和64米天线的深空测控站。而这次对嫦娥二号的“远程遥控”将检验这两个深空站乃至整个地面深空网的能力。

    在科学目标方面,一是要在150万公里远处的深空开展地球远磁尾带电粒子探测,二是对可能的太阳X射线爆和宇宙伽马爆进行观察。

    探月专家说,此次嫦娥二号的深空之行,关键之一就在于合理使用剩余燃料,尽量延长卫星寿命,让卫星能够坚持一年半时间,也就是到明年年底。到那时候,我国的两个深空测控站就将具备测控能力,可以进行充分验证。

五个月研发虚拟仿真系统 赵正旭被誉为嫦娥画家

    “嫦娥二号”超期服役 虚拟仿真功不可没

    “距离远会带来很多的问题:信号的衰减,使测控的难度大大增加。”北京航天飞行控制中心嫦娥二号测控系统副总设计师周建亮说,“因为嫦娥二号本身不是为这项任务设计的,而且现在属于超期服役,我们只能充分利用嫦娥二号的在轨资源。现在为了做这个事情,几乎把它的能力挖掘到了极限,没有太多的余量处理各种异常或者风险,这对于卫星控制的成功率、可靠性都提出了很高的要求。”

    “试验成果将进一步验证我国深空探测关键技术,深化科学探测,获取更多创新成果,并为探月工程后续任务乃至深空探测的开展奠定坚实的基础。”国防科工局有关负责人说。

    赵正旭教授受邀赴北京航天飞行控制中心参加“嫦娥二号”卫星轨控任务,同时与北京航天飞行控制中心的有关技术人员就下半年开始的“交会对接”任务在技术层面上进行了深入交流。

    在“嫦娥二号”脱轨任务执行过程中,以赵正旭教授为首的科研团队开发的“嫦娥二号”三维可视化系统发挥了重要的作用,科研人员依照本系统,实时控制了“嫦娥二号”脱离环月球轨道进入环太阳轨道的过程,这也是我国首次有航天器进入环太阳轨道。“此次拓展性试验,具有轨道新、距离远、飞行时间长、准备时间短等特点,面临着很大的风险,对我们是一次极大的挑战。”谈起这次执行这次脱轨任务,赵正旭露出欣慰的笑容,“如果一切顺利,嫦娥二号将创造我国航天飞行测控新纪录。”

    北京航天飞行控制中心特聘赵正旭为特聘专家  

    “嫦娥二号”三维可视化系统是赵正旭教授领导的科研团队开发的具有自主知识产权的三维可视化系统,其核心技术达到国际领先水平,实现了我国深层空间探测技术的飞跃式发展。系统功能作用在“嫦娥二号”全程任务中得到实际工程的检验,受到党和国家有关领导和科研人员的一致好评。

    据北京航天飞行控制中心有关专家介绍,之前,只有美国国家航天航空局和欧洲太空局拥有的“深空探测三维可视化平台,该系统的成功研发和使用,使中国的航天可视化事业走在了世界前列。

    北京航天飞行控制中心表示,希望石家庄铁道大学和北京航天飞行控制中心进行密切合作,在以往“嫦娥二号”任务、火星探测联调以及“天宫”对接测试合作基础上,对今后的系列深空探测领域双方能强强联合,为国家和民族做出贡献,使国家的空间探测可视化水平居世界领先水平。

    6月10日,北京航天飞行控制中心举行仪式,特聘石家庄铁道大学信息科学与技术学院院长赵正旭教授担任该中心特聘专家。

    据了解,该系统还将应用于“萤火一号”、“天宫一号”和“神州八号”等国家重大航天飞行探索任务。

标签:嫦娥赵正旭火星
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