本文转自微信公号“ESSCAGROP”战国的神箭手养由基,一个“百步穿杨”的传说,被津津乐道了两千多年。但说到太空飞行器对接,网友们却往往无感:就这?嫦娥玉兔都登月了,对接算个啥?
其实,比起百步穿杨,飞行器太空之吻——交会对接的难度,相当于“万里穿针”。
10月16日,我国载人飞船“神十三”进入预定轨道,并实现与天宫的自主快速径向交会对接。而这里的关键词,不是对接,而是:自主、快速、径向。每个词,都在万里穿针的基础上,增加了难度系数。难度有多大呢?我们简单理解一下:
自主:由追踪飞行器自主完成,可以简单理解为交会对接的“自动驾驶”版,要知道,汽车自动驾驶嚷嚷很多年了,到现在也没有谁真正实现。
快速:以前飞行器接个吻要两天,现在从射到吻只需6个小时。
径向:火车车厢,一前一后,跑在同一条轨道上对接,属于轴向对接。火车跑在铁轨上,你在铁轨旁的公路上开车,一个漂移,把车头甩到火车侧面的对接口上,这种对接,叫径向对接。
每一项难度系数的增加,都需要一个庞大的系统来支撑,比如自主交会吧,它的背后是参数测量、导航计算、制导与控制计算、控制执行,等等。这些,没有一个省油的灯,每一项都是涵盖多个学科的复杂系统工程。一个简单的导航计算,基础是庞大的北斗系统、中继卫星系统,天上地下,各种星、站、船、各路团队……
牵一发而动全身,越复杂的东西,越容易出错。
如此复杂高难度的任务,怎样保证系统的可靠性、安全性呢?
答案很容易想到:事前反复演练、实验。
更显而易见的是,实物演练、实验,要把东西先造出来,时间成本、经济成本也太高。所以,我们也很容易想到,在搞实物之前,先搞模拟。
什么叫模拟呢?我们看战争片,将领们在地图上、沙盘上比比划划,那就是模拟。早期的模拟大致就是这样。
上世纪60年代,在东风五号弹道导弹的设计中,研究在哪安置各种部件、单机、管路,是用旧箱子、废铁管摆来摆去,这叫“实物模装”。
很显然,这样摆,费时费力不说,精度也不够,调整也不易——比方说这根沙包一样粗的八米管道貌似还是弯度不够,小张师傅你扛去再调整调整......身处信息时代的你,很容易想到:要是用电脑建模,搞三维设计,多轻松愉快啊!
对,这就是数值模拟、仿真,工业软件的设计思路——
上面这种,是最简单的数值模拟设计。
把科学计算、数据分析、图像处理、人机交互,整合成一个软件,实现数值仿真模拟。
这样一来,每一个零部件,都做成数字模型,你只要拿得动鼠标,就可以在电脑里摆来摆去,修改调整,省时省力多了。当然更重要的是省钱。
好吧,模拟空间结构,只是数值模拟的基操。后面的水深着呢。