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导读
2019年7月19日21时06分,在轨运行1036天后,天宫二号受控离轨并再入大气层,少量残骸落入南太平洋预定安全海域,标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部任务圆满完成。
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作为我国第一个空间实验室,它取得了丰硕的成果。不过,在成果的背后,必定凝聚着众多幕后英雄的努力。
在近三年的时间里,中国科学院空间应用工程与技术中心有一群平均年龄35岁左右的年轻人,日夜陪伴着天宫二号,可以说,没有他们,就没有天宫二号有效载荷的正常运行,也没有天宫二号科学数据的充分利用。
他们是谁?今天就带大家去认识一下他们。
他们是“大脑”,是太空实验的大管家
天宫二号安排了14项实(试)验,51件载荷设备,是目前我国载人航天工程历次任务中开展应用项目最多、最繁忙的一次任务,如何保证它们在太空有序、安全运行?确保各项实(试)验顺利开展?
答案是:需要一个太空实验大管家——有效载荷运控中心。他们就像是天宫二号实验室的大脑、眼睛、“手”。
1. 大脑——规划资源:天宫二号上部署的各类科学实验、技术试验的项目比较多,科学领域广,载荷设备多,工作约束各不相同,对资源的需求也不同,却共用了空间实验室上各类资源,必须通过任务规划系统合理计算、安排时间窗口,最优化调配资源和消解冲突,形成高效、合理的载荷工作计划,控制载荷工作。
2. 眼睛——实时监控:各种载荷设备运行是否正常?是否健康?性能有没有发生衰退等等。各项实验进展怎么样:空间晶体生长得怎么样了?微重力下生物细胞培养状态如何?这些都需要由状态监视系统一刻不停地关注。
3.“手”——远程操作:以“人”为中心,通过遥操作、遥现场、遥分析集成运用,将远距离的空间实验与地面“人”连接在一个回路中,“人”能够以地面实验室类似的方式介入空间实验,科学家可以一边观察实验现象,一边调整优化实验参数,提高实验操控便捷性,大大提高实验效率和质量。
做为“大管家”中的一员并不容易:刚刚硕士毕业的新人承担的第一件工作就是设计天宫二号的规划软件,2年没有休息过一天,不但需要IT技术过硬,还需要不断与实际用户(科学家交流);为了挖掘出系统中的bug,他们经常开启“互相挖坑”的测试模式,模拟用户的实用角度,“花式”把对方负责的部分“用到崩溃为止”。
正是因为有了这样的团队,天宫二号成功发射入轨近三年来,“大管家“共安排载荷工作近2万次,上行指令20万条,接收数据4300余轨,原始数据量近100TB。各种科学载荷获取了大量宝贵的科学数据,为许多新技术完成了在轨验证。
他们是“桥梁”,打通数据利用“最后一公里”
天宫二号携带了一大批高端的观测实验设备,比如:
三维成像微波高度计,这是国际上第一次实现宽刈幅海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计,对海洋动力环境参数监测、海洋预报等非常有帮助,还能获得陆地三维地形信息;
多波段紫外临边成像光谱仪,结合前向光谱仪和环形成像仪,获得了10~60km臭氧的垂直分布和空间分布,得到中间层和低热层的臭氧、大气密度以及其他大气微量气体的垂直结构和三维动态分布,从而为大气科学研究和大气环境监测提供信息支撑;
宽波段成像光谱仪,在宽度为300公里的范围内进行拍摄,分辨率精细尺度达到100米,而且可同时获取15个在轨选择的精细光谱探测通道,适宜开展中等地面分辨率地物目标监测,开展湖泊、陆地和大气探测等。
不过,这些观测数据并不能直接到达用户手中发挥作用,需要通过中继星传回地面,再由专门人员进行收集、处理、分析、质量控制、存档、管理,转化成符合用户需要的数据产品,转移到科研工作者手中。而这,就是工程信息中心的工作了。可以说,他们打通了数据与用户之间的“最后一公里”。他们的工作让海量的数据真正实现了各自的价值,形成宝库。
截止2019年7月19日,天宫二号地面数据处理系统共接收各类载荷原始数据约58TB。经地面系统处理后,生成的对地观测载荷高级产品约70.5TB。其中,宽波段成像仪高级数据产品约26.5TB,三维成像微波高度计高级数据产品约28TB,多波段紫外临边成像仪高级数据产品约16TB。
数据的用户单位已达70余家国内外机构(含74个研究课题),包括国家部委、科研院所、高等院校等单位,覆盖国土资源、海洋、生态环境、农业、林业、大气、灾害等8个领域16个方向。
这些数据到底有什么用?下面我们来看两个与日常生活密切相关的例子:
1. 农作物识别:湖南省是我国水稻生产大省和重要的商品粮生产基地,其水稻种植面积与产量均居全国首位,天宫二号宽波段成像仪数据覆盖可见光、短波红外和热红外共18个波段,光谱信息丰富,对天宫二号宽波段成像仪影像光谱信息进行特征逐层提取,得到各地物可区分性的光谱特征,进而成功提取研究区内水稻种植空间分布信息,为农业生产管理、农业调查统计和重大地方决策提供科学依据。
基于天宫二号宽波段成像仪影像的湖南省华容县水稻种植空间分布提取结果
(图片来源:“载人航天空间科学与应用数据推广”公众号)
2. 生态环境监测:在对湖泊水质的监测中,由于藻类爆发周期短,为了快速监测,对影像获取时间要求较高。天宫二号重返周期平均为2-3天,可以对指定区域提供定制化成像服务。因此,天宫二号宽波段成像仪数据在藻类识别方面具有明显优势,可以广泛应用于藻类监测和水华预警。
基于天宫二号宽波段成像仪影像的藻类识别结果分布图
(图片来源:“载人航天空间科学与应用数据推广”公众号)
上图是对2016年12月2日太湖藻类识别结果分布图。其中,绿色图斑为识别的藻类,主要分布在太湖西南沿岸和北岸,与实际情况相一致。识别藻类面积约14.9平方公里,占太湖水域面积的0.64%。
下一站:空间站!
对于天宫二号,这些幕后英雄们怀有深刻的感情,工程信息中心的工程师们说:“与天宫二号朝夕相处的日子里,他的一举一动都时刻牵动着我们的心,那些激动人心的瞬间历历在目。我们仍清晰地记得他发射升空、载荷开机、与天舟一号对接、配合航天员在轨完成各种实(试)验等的场景。”
不过,他们早已有了更高远的目标——空间站。有效载荷运控中心的工程师们说:“(未来)空间站的载荷会更多,对各种约束、条件、资源、时序要求都非常高,毫不夸张地说,空间站的复杂程度应该至少是天宫的二到十倍。而且还会涉及以太网等天地互联互通的新技术,(对于我们)是比较大的挑战。”
现在,对于普通人来说,天宫二号已经正式谢幕了,而对于这些年轻人来说,他们正在继续奔向下一站!
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