報道時間：2010-10-20
媒體來源：科學網（來源科學時報）
□本報記者 高長安 通訊員 蘇喜娥
自9月28日進入北京航天飛行控制中心，在歷時12天的緊張工作中，石家莊鐵道大學校信息科學與技術學院院長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。向全球展現了嫦娥二號發射任務的實時精彩仿真。
“以前是航天可視化，現在是可視化航天。”北京航天飛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不僅達到了世界先進水平，而且使中國的航天可視化事業一舉走在了世界前列。
讓繞月之旅直觀呈現
“科學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據轉換成圖形，描繪成數據‘風景’，為人們提供一種發現不可見信息的方法。”趙正旭說。
自今年5月始，趙正旭帶領團隊開始了嫦娥二號繞月探測任務三維可視化系統平臺的研發工作。
“嫦娥二號繞月探測任務三維可視化系統就是利用虛擬現實技術，把只有專業人士才能看懂的數據轉化成普通人都能看明白的直觀圖像，一是便于監控人員隨時操控指揮飛行器運行狀態，二是讓所有人一起分享嫦娥二號精彩的繞月之旅。”趙正旭說，“嫦娥二號繞月探測任務三維可視化系統平臺覆蓋了火箭點火與發射、上升段、轉移段、環月段的可視化控制，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、飛行器姿態控制、接口驅動等關鍵工程環節的可視化控制任務。主要用于表現嫦娥二號飛行情況，并對其進行實時監控，實現多目標多任務下嫦娥二號及運載工具的運行狀態以及星空和空地運行環境實時模擬的虛擬現實系統。”通俗地說，就是用三維的環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控，數據的傳輸需要時間，監測人員通過數據進行判斷也需要時間，三維可視化平臺通過直觀的畫面快速顯示，監測人員一目了然中可以隨時了解衛星飛行情況，通過這一平臺調整衛星飛行軌道。不僅如此，通過三維可視化平臺系統還可以進行前期仿真模擬實驗，以此檢驗理論設計，優化操作，達到最佳狀態。”趙正旭說。
據了解，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。嫦娥一號環繞地球飛了7天，經過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、遠地點約38萬公里的奔月軌道，一步到位進入地月轉移軌道，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地點的高度，出現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，乃至繞月保駕護航。
負責嫦娥二號工程的有關負責人前期在與趙正旭進行短信交流中寫道：“嫦娥二號繞月探測任務三維可視化系統平臺是當之無愧的國際領先水平，能在這么短的時間內達到實戰應用，已經很不容易了。”
10月1日，伴隨著西昌衛星發射中心“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運行異常平穩。
“原來最擔心的是你們這一塊，現在最放心的也是你們這一塊。”北京航天飛行控制中心領導說。
據趙正旭介紹，從星箭分離開始，直到嫦娥二號任務結束，嫦娥二號所有的實時仿真的展示都是由“三維可視化系統平臺”實現，包括衛星在地月轉移段、月球捕獲段和環月運行段的多次變軌控制；經地月轉移段幾次中途修正；月球捕獲段的近月制動及平面機動；控制衛星進入100公里極月圓軌道，進入近月點15公里的試驗軌道；完成虹灣區域月面的高分辨率成像后，控制衛星返回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播及監測平臺，嫦娥二號探月工程可視化系統正式開發。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者趙正旭教授帶領團隊，突破了一個個難題，圓滿地完成了項目的所有既定目標。
自接受嫦娥二號繞月探測任務三維可視化系統平臺的研發工作以來，趙正旭和團隊人員就開始了沒日沒夜的工作，工作到深夜一兩點是經常的事兒。
由于科研工作緊張和連日勞累，身體一向強壯的趙正旭吃不下飯了，“有幾天是吃什么吐什么”。
可視化平臺模型創建者王威，上午舉行完新婚典禮，下午就走進實驗室。負責網絡數據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工作，壓力是可想而知的。
中秋節是舉家團圓的時刻，可他們卻是在北京航天飛行控制中心度過的。嫦娥二號即將發射，所有前期準備工作都在緊鑼密鼓中進行，三維可視化系統平臺調試工作也不例外，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，車行至滿城服務區休息時，服務區的工作人員驚喜地發現了大家的身份，興奮地說：“非常精彩，非常好看，太激動人心了。”那一刻大家喜悅之情無以言表。“那么多的領導表揚我們，但是這句話更激勵我們”。
航天科研成果累累
“虛擬現實是我的研究方向，當然更是我的愛好。”1988年，原本在國內學習機械專業的趙正旭，出國后到英國斯坦福大學攻讀計算機科學博士學位，自此開始了虛擬現實技術研究與系統開發。
經過10余年的不懈努力，終于研發出17萬行代碼的TDS虛擬現實軟件系統。
“該系統是一個完整的、大型的、海量級的空間技術模擬計算與信息控制系統，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的所有功能，而且還具有擴展模塊、用戶工具、網絡支持、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，探月工程后續‘落月’、‘回月’階段都可以用，今后國家深空探測也可以使用。”趙正旭表示。
自主研發，親自編程，TDS虛擬現實軟件系統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權，有人想出錢購買，但讓趙正旭回絕了。“我研發這一軟件系統的初衷不是為了錢，我只是想為國家、為中國的航天事業做點實質性的工作。”
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”發射的一些科技攻關工作。因研發工作涉及國家機密，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科技榮譽獎、英國電力工程師協會最佳研究獎、英國劍橋國際技術榮譽獎等多項國際大獎。2008年，英國derby大學特聘趙正旭為科學博士，這也是derby大學有史以來第一位科學博士。
2008年，闊別祖國20年的趙正旭攜夫人回國。回國后，很快就投入到我國航天測控可視化專業領域。2009年4月開始研發我國首次火星探測三維可視化系統平臺，僅用了6個月的時間，就完成了建立和調試。
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，趙正旭研發的火星探測三維可視化平臺不僅具有自主的知識產權，同時還達到國際領先水平，填補了中國航天業可視化事業的空白，對中國航天事業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平臺的建立和調試。“整個可視化平臺的構建初步分為一期、二期、三期3個階段，一期是針對嫦娥二號探月工程任務的可視化，二期是用于后期的交會對接任務，三期將服務于今后的深層空間探測工程。最終實現二代可視化系統，滿足火星探測、嫦娥探月及交會對接任務的模擬仿真、控制計算、數據處理、信息可視化等要求，建設適應我國航天飛控中心各類航天任務可視化系統平臺的統一架構。”趙正旭說。
按照預定計劃，嫦娥二號將于近期由100公里降到近月15公里，拍攝后續任務著陸的月球虹灣備選著陸區圖像。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，繼續完成后續的近月點15公里降軌及升軌等任務。
《科學時報》 (2010-10-21 A3 綜合)
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