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最近，航天界居然被一部都市愛(ài)情劇刷屏了。

在《你是我的榮耀》這部劇中，楊洋飾演的男主于途是一個(gè)心懷夢(mèng)想的航天設(shè)計(jì)師。在前往西北衛(wèi)星測(cè)控中心搶救JX-1號(hào)衛(wèi)星的劇情里，涉及到了大量的航天專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

當(dāng)中心領(lǐng)導(dǎo)脫口而出：“趕緊做仿真驗(yàn)證”，瞬間觸發(fā)我這顆新生代農(nóng)民工雷達(dá)：

開(kāi)多少核？

要做多久？

要排隊(duì)嗎？

來(lái)得及嗎？

要上云嗎？

……

錯(cuò)了，是這張：

仿真立功！衛(wèi)星拯救大作戰(zhàn)

事情是這樣的：
衛(wèi)星發(fā)射之后，需要時(shí)不時(shí)地給地面發(fā)射信號(hào)，報(bào)告自己的狀態(tài)。
但是在某天夜里飛過(guò)我國(guó)地面監(jiān)控站范圍的時(shí)候，地面站沒(méi)有收到JX-1的信號(hào)。
地面站主動(dòng)聯(lián)絡(luò)了衛(wèi)星，也沒(méi)有得到回復(fù)。換句話(huà)說(shuō)，JX-1失聯(lián)了。

兩位JX總體設(shè)計(jì)師——于途（楊洋）和關(guān)在（潘粵明），被緊急召到西北衛(wèi)星測(cè)控中心處理問(wèn)題。

衛(wèi)星失聯(lián)有很多原因，會(huì)上一時(shí)也沒(méi)討論出個(gè)所以然。

回到酒店后，老潘已經(jīng)累到躺平，楊洋不肯放棄并順利開(kāi)啟了主角光環(huán)，在查閱了相關(guān)資料后，認(rèn)為衛(wèi)星故障可能是太陽(yáng)風(fēng)暴引發(fā)的高能粒子所造成的。

兩人立馬半夜趕回中心繼續(xù)開(kāi)會(huì)。在中科院空間所確認(rèn)衛(wèi)星故障的時(shí)刻與發(fā)生太陽(yáng)風(fēng)暴的時(shí)間重疊后，中心領(lǐng)導(dǎo)指示相關(guān)人員立刻去做仿真驗(yàn)證，確認(rèn)事故原因。

兩個(gè)半小時(shí)后。仿真結(jié)果出爐：JX-1衛(wèi)星軌道和太陽(yáng)風(fēng)景導(dǎo)致高能電子暴范圍的確是匹配的，可能有粒子打進(jìn)了兩臺(tái)測(cè)控應(yīng)答機(jī)的內(nèi)部，使應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生了故障，進(jìn)而影響了整顆衛(wèi)星的通信系統(tǒng)。

故障原因確定了，接下來(lái)就是一系列搶救措施：
1、應(yīng)答機(jī)的接受指令功能使用模擬電路搭的，不受高能粒子影響，盲發(fā)重啟指令重啟衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)恢復(fù)通訊；
2、發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星耗電過(guò)大，關(guān)閉非必要單機(jī)以節(jié)省電源；
3、進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)無(wú)法控制衛(wèi)星姿態(tài)和軌道，切換到備份控制器；4、切換成功后調(diào)整姿態(tài)，展開(kāi)太陽(yáng)能充電板對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)定向充電（這一條據(jù)說(shuō)是BUG）。

衛(wèi)星滿(mǎn)血復(fù)活，撒花。

從69天的太空營(yíng)救到“數(shù)字太空”

現(xiàn)在的西安衛(wèi)星測(cè)控中心，有一套我國(guó)研發(fā)的 “數(shù)字衛(wèi)星”系統(tǒng)。系統(tǒng)中，太陽(yáng)能帆板、推進(jìn)器、應(yīng)答機(jī)，甚至是一顆小小的螺絲釘，都能通過(guò)可視化、數(shù)字化的方式模擬仿真出來(lái)。

這套系統(tǒng)的研發(fā)，就是因?yàn)?strong>15年前的一次“太空營(yíng)救“。
我國(guó)某顆遙感衛(wèi)星突發(fā)故障，在太空中急速翻滾，與地面的聯(lián)系時(shí)斷時(shí)續(xù)。出事的衛(wèi)星遠(yuǎn)在太空，看不見(jiàn)摸不著，只有海量的、碎片化的遙測(cè)數(shù)據(jù)。
前一天完成的數(shù)學(xué)模型，第二天就會(huì)發(fā)現(xiàn)完全錯(cuò)亂。

西安衛(wèi)星測(cè)控中心的技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)整理收集海量衛(wèi)星平臺(tái)、遙測(cè)數(shù)據(jù)，以及多年搶救衛(wèi)生的實(shí)際案例，在計(jì)算機(jī)中大量模擬仿真復(fù)現(xiàn)了衛(wèi)星上的故障，并進(jìn)行了針對(duì)性修復(fù)。
經(jīng)過(guò)整整69天的“太空營(yíng)救”，順利讓衛(wèi)星“起死回生”。
從此，開(kāi)啟了“數(shù)字衛(wèi)星”系統(tǒng)的研發(fā)。

現(xiàn)在，我們的視野已經(jīng)從小小的衛(wèi)星拓展到了整個(gè)宇宙空間，通過(guò)研究大規(guī)模實(shí)體仿真推演計(jì)算框架，構(gòu)建衛(wèi)星、測(cè)控站、望遠(yuǎn)鏡和雷達(dá)等實(shí)體數(shù)字模型，通過(guò)系統(tǒng)集成形成“數(shù)字太空”系統(tǒng)。

仿真不總是扮演航天“救火隊(duì)長(zhǎng)”的角色

2019年12月27日，“實(shí)踐二十號(hào)”衛(wèi)星在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)搭載長(zhǎng)征五號(hào)遙三火箭升空。

衛(wèi)星發(fā)射前，西安衛(wèi)星測(cè)控中心的工程師們便通過(guò)多種最優(yōu)化方法，仿真計(jì)算了火箭將衛(wèi)星送到不同遠(yuǎn)地點(diǎn)高度下的10余份方案預(yù)案。

衛(wèi)星上天之后，他們還要通過(guò)仿真計(jì)算出在衛(wèi)星當(dāng)前的軌道狀態(tài)下，怎樣才是最節(jié)省燃料的變軌策略，確保衛(wèi)星準(zhǔn)確完成變軌，并盡可能延長(zhǎng)衛(wèi)星的工作壽命。

針對(duì)日益增多的空間物體，在軌衛(wèi)星在進(jìn)行變軌機(jī)動(dòng)時(shí)，需對(duì)大量空間物體進(jìn)行高精度的軌道預(yù)報(bào)計(jì)算，以預(yù)防在軌航天器與其他空間天體的碰撞。

航天,仿真設(shè)計(jì) — 圖源：航天五院總體設(shè)計(jì)部官方宣傳片

而在今年發(fā)射的“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器的背后，也有著仿真的貢獻(xiàn)。
在“天問(wèn)一號(hào)”升空、下降和行星表面巡視等階段，航天器外部溫度、氣壓、風(fēng)速等參數(shù)的復(fù)雜變化，對(duì)航天器壁面壓力的承受能力、不同位置表面壓力分布狀況的精確計(jì)算等提出了很大挑戰(zhàn)，甚至?xí)?duì)航天器內(nèi)部?jī)x器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利影響。

為什么要仿真，做實(shí)驗(yàn)它不香嗎？

實(shí)驗(yàn)和仿真是認(rèn)知世界的兩種方式。
仿真是建立在一定的數(shù)理模型基礎(chǔ)上，是把現(xiàn)實(shí)的空間和時(shí)間分割成很小很小的單元，然后在這些很小的單元里，一次次反復(fù)求解線(xiàn)性關(guān)系。
而實(shí)驗(yàn)永遠(yuǎn)不可能做到對(duì)現(xiàn)實(shí)百分之一百地模擬。尤其是航天仿真，太空離我們實(shí)在過(guò)于遙遠(yuǎn)，看不見(jiàn)摸不著。
在兼顧成本和可行性的前提下，仿真就成了很好的認(rèn)知世界的方式。

現(xiàn)在通過(guò)仿真，我們可以做很多事情：
我們可以對(duì)宇宙進(jìn)行建模，對(duì)宇宙進(jìn)行觀測(cè)，了解宇宙的加速膨脹；
我們可以模擬地球周?chē)拇帕黧w動(dòng)力學(xué)，根據(jù)太陽(yáng)風(fēng)預(yù)測(cè)行星側(cè)擾動(dòng)。

我們正在接近人類(lèi)進(jìn)行太空旅行和太空探索的另一個(gè)黃金時(shí)代。

下一步征程，是太陽(yáng)

我國(guó)在太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星方面一直缺席，第一顆綜合性太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星——先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)（ASO-S）預(yù)計(jì)于2022年發(fā)射，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是揭示太陽(yáng)磁場(chǎng)、太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射的形成與相互關(guān)系。
在夸父追日、后羿射日、金烏負(fù)日等古代神話(huà)傳說(shuō)之后，科技的發(fā)展讓我們終于有機(jī)會(huì)看到更加真切的太陽(yáng)。

太空,太陽(yáng)，仿真 — 00:48在中國(guó)空間站上看日出，視頻來(lái)源：CCTV

半個(gè)多世紀(jì)來(lái)，仿真技術(shù)支持著人類(lèi)航天事業(yè)，從繞地軌道到月球，到火星，到冥王星，再到無(wú)限遙遠(yuǎn)的深空。
我們已經(jīng)造出了見(jiàn)過(guò)最多星星的兔子。
千百年來(lái)眺望的星空，正等待我們前往探索。

就像劇里說(shuō)的——
在茫茫宇宙中
尋找地球和人類(lèi)起源的真相
在無(wú)窮無(wú)盡中
尋找另一個(gè)神跡存在的可能
證明人類(lèi)不孤單

太空宇宙,仿真計(jì)算 — 圖源：航天五院總體設(shè)計(jì)部官方宣傳片

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