“嫦娥”探月见证航天IT技术升级
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2007年10月24日18时05分,搭载着中国首颗探月卫星“嫦娥一号”的长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心三号塔架点火发射。数小时之后,本次探月发射取得成功。
从中国太空事业发展起步开始,IT技术就成为整个航天系统的重要组成部分。从最早的“东方红”卫星到后来的神舟飞船,无一不展现着IT技术的威力。而本次“嫦娥一号”探月卫星发射成功,更是见证了更为先进的航天IT技术的应用,在一定程度上体现着未来中国航天IT技术发展的方向。
为此,记者专门采访了南京航空航天大学航空宇航学院台博士,向他了解到本次“嫦娥”探月背后的诸多IT技术。
“凑巧,我们学校很多教授都已经到西昌卫星发射中心去了。”当得知记者来意之后,台博士第一句话就这样说。
一、绝不能有BUG的软件
由于应用环境、需求标准不一样,航天IT技术与民用IT技术存在很大差别。就拿这次探月飞行中的“软件远程控制”环节来说,“嫦娥一号”的一个重大技术难题在于远程控制和导航。
由于“嫦娥一号”卫星距地球的距离几乎是以往发射卫星的10倍以上,所以精确控制的难度尤其巨大。以对嫦娥一号进行飞行控制的北京航天飞控中心为例。在“嫦娥一号”卫星的奔月过程中,地球控制中心需要向卫星注入2000多条指令,而这显然需要软件的支持。
一般的个人软件都是在几百MB大小,但用于控制“嫦娥一号”卫星的软件系统相当庞大,包括指挥显示、即时处理、数据存储、轨道控制等多个子软件系统。与以前一些卫星控制软件系统相比,这次的软件系统设计更为精确,总共400份文件程序,100万行源代码,光是把这些代码打印出来就有2万多页。这些数量巨大的源代码分别对应不同子系统,既能协调运行又能独立工作,这是航天IT技术上的一个极大进步。
而且北京航天飞控中心在开发出这套“嫦娥一号”卫星任务控制软件系统之后,组织了上万次的测试,大批测试人员在不同环境下对软件系统进行检验。
这是因为个人软件还允许存在BUG,以后通过补丁升级解决,但控制探月卫星的任务控制软件系统在整个发射过程中绝对不能出现任何BUG,否则就前功尽弃。
二、“嫦娥”也玩数码相机
由于“嫦娥一号”卫星在飞临月球上空时,需要通过探测仪器获得月球表面三维立体影像。为此,在探月卫星上装备了4大数字设备,分别是CCD高精度相机、激光高度计、微波探测仪和太阳风粒子探测器等。
从原理上来说,探月卫星上的这台数码相机与民用数码相机是基本一致的,和消费级数码相机一样采用了CCD感光器件,但“嫦娥一号”上的CCD立体相机采用了一个大视场光学系统加一块超大面积CCD芯片,用一台相机取代了三台相机的功能。
探月卫星的高精度数码相机是这样工作的:探月卫星确定拍摄方位之后(这个动作由地球控制中心通过任务控制软件系统监控完成),高精度数码相机自动接受指令调控开始进行拍摄。在这个过程中,卫星上携带的激光高度计会自动为数码相机定位。拍摄中只采集三行CCD的输出,分别获取前视、正视、后视图像,然后进行合成。由于高精度相机固定在卫星上不能自由转动。那么高精度数码相机上的两个镜头会根据卫星与月球间的相对运动轨迹自动调整,从而完成对月球表面的全方位扫描。
在拍摄完成之后,通过计算机指令系统,“嫦娥一号”就会将数码相机中的所有数据通过发射天线进行发送,从而让地球控制中心获得这些数据信息。这些数据再经过航天中心的计算机系统处理之后,就可以制成立体图像。“整个过程看似很复杂,但在计算机指令系统的控制下,很快就能完成初次拍摄。而且这种数码相机拍摄出的图像有着强烈的立体感,能够感受到月球上的峡谷丘陵,包括著名的月球坑也能直观看到。”台博士说。
通过“嫦娥一号”探月卫星的发射,我们可以看出,目前航天IT技术正在朝着智能化、集约化、精确化的方向发展,事实上这也是民用IT技术发展的一个方向。更为重要的是,美国太空总署甚至在考虑制定互联网太空标准,将日新月异的互联网技术引入航天IT技术之中。
“21世纪是数字的世纪”,台博士在接受采访时反复提到了这句话。而IT技术在“嫦娥一号”成功升空的过程中扮演的角色,似乎就是他这番话最好的注脚。
小资料:“嫦娥一号”探月卫星
嫦娥一号是中国首颗绕月人造卫星。以中国古代神话人物嫦娥命名。该卫星的主要探测目标是:获取月球表面的三维立体影像;分析月球表面有用元素的含量和物质类型的分布特点;探测月壤厚度和地球至月亮的空间环境。卫星总重量预计为2350千克左右,寿命大于1年。