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    作者:范平

    ThinkServer助神舟十号 成就华美中国梦

         [ 中关村在线 原创 ] 暂无评论

      6月26日,神舟十号载人飞船返回舱在内蒙古主着陆场成功着陆,天宫一号与神舟十号载人交会对接任务取得圆满成功。至此,天宫一号与神舟十号载人飞行任务圆满完成,实现了“准确进入轨道,精准操控对接,稳定组合运行,健康在轨驻留,安全顺利返回”的任务目标。自1999年“神舟一号”顺利升空以来,中国载人航天飞行任务连战连捷。本次“神十”任务准备充分,实施顺利,成果丰硕,完美收官,为工程第二步第一阶段任务画上了圆满的句号,也为后续载人航天空间站的建设奠定了良好的基础。

      自1958年至今,五十多年来,中国航天事业走过了从无到有、从小到大、从弱到强、特色鲜明的发展道路。在硬件规模低于外国先进国家的情况下,为了提升资源利用率,中国航天人大量通过仿真,将大量不确定性和风险识别、排除在发射前,并设计出系统最优的任务方案,极大减少了发射任务的次数。中国载人航天工程用不到发达国家1/10的经费投入,实现了与之比肩的不凡成就。

      特别是在“神九”、“神十”两次任务期间,中国载人航天工程办公室与联想共建中国载人航天工程总体仿真实验室, ThinkServer服务器和ThinkStation图形工作站服务于该实验室和主要研制单位,在轨道计算、模拟仿真、航天器设计等关键环节,以卓越的品质和性能,稳定、高效地承载了大量重要的计算工作,成功助力中国首次载人交会对接任务,已经成为我国航天事业中的重要组成部分。在“神十”宇航员太空授课的地面课堂里,两位地面教师还利用联想电子教室解决方案,为学生们创造了全新的课堂体验。联想凝聚全球领先的创新科技,助力中国载人航天交会对接任务,令中华民族的飞天之梦不断向前推进!

      轨道设计决定成败 仿真计算未雨绸缪

      航天事业向来是高投入、高风险,航天员的生命安全,更是载人航天工程的重中之重。 “天宫一号”和“神舟十号”运行时速达28000公里以上,在对接过程中,一个很小的误差,也会让飞船抛向离目标航天器很远的地方,或者让万众期待的“接吻”变成可怕的“追尾”。

      为了确保载人航天任务万无一失,最大限度保障航天员的生命安全,载人航天科研人员会在中国载人航天工程总体仿真实验室中,利用ThinkServer服务器、ThinkStation工作站模拟测试航天器从发射到回收的全过程,利用数万次仿真计算,校验载人航天全系统的匹配性和兼容性,对各种太空物体的位置进行模拟计算以避免碰撞,并优化推进剂管理方案,最终确定实际发射时的轨道方案。

      飞船从火箭点火到入轨的约580多秒期间,是航天员进入太空最危险的环节。为了保证火箭发射万无一失,切实保障航天员的生命安全,载人航天工程技术人员要反复模拟火箭升空中不同的力学、噪声、温湿度环境,要完成数万次高精度的轨道计算,求解复杂的微分方程组,这对ThinkServer服务器的计算能力要求非常高。飞船进入轨道后,又可能面对太空垃圾、光照、磁暴、太阳风等各种太空干扰,一颗黄豆大小的太空垃圾,就能造箭毁人亡的惨剧。技术人员需要通过更大范围、更长时间的模拟仿真,制定飞船的最佳飞行控制方案,需要长时间的密集计算、大数据量吞吐,要求设备必须不能断电,不能宕机,对ThinkServer服务器的可靠性和品质有非常高的要求。

      行百里者半九十。完成交会对接任务后,飞船的归途也并不轻松。当飞船再次进入大气层时,返回舱和大气的高速摩擦将使飞船变成一团火球,表面温度达到三千摄氏度以上,使流经表面的空气电离而出现“黑障”现象,使飞船与地面失去无线电联系。由于急剧减速,航天员将承受数倍于自身体重的过载。而即便经过降落伞和反推发动机的缓冲,返回舱着陆时仍有一定的冲击。任何一点疏漏或意外,都会危及航天员的生命安全。所以神舟飞船的返回弹道、返回舱气动外形和质心配平,都需要利用ThinkServer服务器经过严格的仿真计算,并在各种大气环境参数下进行校验,从而将返回控制风险降至最低。

      手控对接万众瞩目 仿真训练日雕月琢

      尽管航天器操控日益自动化,但人的作用仍然是无可替代的:航天员的观测能力可以获得更多的信息,及时修正交会和对接过程中的失误与错误;而人类的主观能动性可以对交会对接过程中的各种突发或是异常情况做出更好的判断,节省交会对接过程中消耗的推进剂。加入了人的因素后,可以显著提高交会对接的成功率和对接速度。但手控对接必需对航天员进行大量严格的训练,仿真系统在此时又承担了重要任务,其可以实时模拟飞行器间的相对位置,生成航天员视野中的图像,并最终判定成绩,帮助航天员掌握动作要领。

      神十飞船共配备12个平移发动机,每个发动机最小的喷射力度仅为1牛顿(一个手指轻点桌面的力量),可以从不同相位调整飞船的方向、速度和加速度。为了让航天员在任何情形下都能顺利对接,在地面进行仿真对接训练时,系统设置了不同距离、不同光照条件、不同初始偏差、不同突发事件等无数种突发状况。航天员在地面利用对接训练模拟器进行仿真对接训练时,后台模拟控制系统需要实时测量位置姿态、从敏感器读取数据,并将读取的数据进行处理,变成控制量输出,在此期间要把上百个环节做成数学模型,利用ThinkServer算出正确的轨道和相对的空间位置并进行实时在线监控,这对服务器和工作站可靠性和计算性能提出了极为严苛的要求。

      航天器设计耗资巨大 仿真风洞实现“弯道超车”

      飞行产品研制离不开充分优化的设计和试验验证。由于实物验证成本高昂,在设计阶段往往要通过软件模拟,进行虚拟设计、虚拟装配和虚拟测试。在载人航天工程的各个主要研制单位,ThinkServer服务器和ThinkStation工作站都在承担着设计数值计算、数据关联存储和虚拟界面计算生成等重要的任务,大大提高了设计的质量、速度和可验证性。

      在航天器设计阶段,需要进行大量的空气动力学测试,其中,“风洞试验”是航天器研制工作中不可缺少的组成部分。但是物理风洞存在着设计周期长、代价高的问题,每次物理风洞执行一次实验,都需要漫长的准备期和巨额的实验经费,风洞试验进行期间的耗电量巨大而导致停电,更给风洞周边城镇居民的生活和生产带来极大的不便。

      中国载人航天科研人员利用仿真风洞很好的解决了这个问题:在计算机上建立一个集流体动力学计算、可视化以及三维交互等功能于一体的基于虚拟环境的风洞模型,这样可以在理论计算和分析的基础上动态模拟分型部件在风洞中的实际情况,从而不断修改、优化部件形态。这个过程中,后台ThinkServer服务器需要进行高负荷的密集运算来模拟物理风洞实验的条件,而前台的ThinkStation工作站进行实时渲染,生成可视化界面,除了需要强大的性能支持外,也需要稳定可靠的品质,避免宕机风险。仿真风洞实验的应用,大量节省了实验经费,也大大缩短了计算周期,提高了航天器设计的可靠性。

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    • 第1页:ThinkServer助力神舟十号

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