11月30日,四川省凉山彝族自治州,西昌卫星发射中心,发射台环抱嫦娥三号和长三乙火箭,进入待命加注发射阶段。CFP
月球科学领域有科学家将嫦娥三号探月工程五大系统中的地面应用系统比作“数据大管家”,因为探月的所有数据,都集中在探月工程地面应用系统。地面应用系统管理着数据,也是数据发布的实施单位。
但地面应用系统是“打长工”的说法更被“圈里”人经常提起,中科院月球与深空探测总体部主任刘晓群笑着说:“形象点说,地面应用系统在探月工程的几大系统里面是起得最早,睡得最晚。”
国防科工局新闻发言人吴志坚这样解释地面应用系统的主要任务:制定科学探测计划、有效载荷运行管理、探测数据接收、处理与管理,并组织开展科学应用研究。
地面应用系统首先要负责组织科学家制定每一次探月任务的科学目标,根据目标再进一步提出有效载荷的配置,即科学仪器的配置,这就是“起得最早”。“为什么说睡得最晚?到目前为止,嫦娥一号、嫦娥二号的科学数据应用和深化研究工作,都还在继续进行。从地面应用系统负责科学应用与研究这项工作的意义上来讲,它又是睡得最晚的。”刘晓群说。
地面应用系统总设计师李春来介绍说,地面应用系统的任务从探测器把信号发射出来开始,具体包括数据的接收,数据的预处理,以及数据的管理和数据的发布。
在卫星发射以后,就进入一个长期管理的阶段,地面应用系统接手有效载荷,包括着陆器和巡视器等有效载荷的在轨管理。地面应用系统副总设计师刘建军说,在这个管理过程中,科学家要进入一种与月亮一同作息的月光工作时间,月出而做,月落而息,这样大概27天一个周期,也就是12天左右要完成从白天到晚上逐渐过渡的状态。所以地面应用系统在这个阶段比较辛苦,嫦娥一号在这一阶段历时一年多,而嫦娥二号则是经历了两年多。在此期间,科学家们的生物钟处在每天不断推迟大概50分钟、比较紊乱的状态。
在嫦娥三号探月过程中,众多创新的亮点之一是首次实现对月面探测器的遥操作,而这一创新依赖的也是地面应用系统。
刘建军说,月球表面环境对人类而言,仍然是一个未知的比较复杂的世界。我们无法像在地球上一样,采用精密的仪器设备对它进行直接的测量,为此嫦娥三号着陆器和巡视器上,共搭载了8台科学仪器。通过遥科学技术,月球科学家与工程技术人员,将在地面对距离我们大约38万公里以外的这些仪器设备进行远程的交互操作,对月表的形貌、物质成分、内部结构、地球等离子体进行科学探测,完成嫦娥三号任务的科学目标。
“遥科学其实是一种技术手段,是实现地面对月表的各种科学仪器进行远程控制,及天地协同工作的关键途径。这一技术为嫦娥三号的成功和顺利实施,提供了重要的技术保障。”刘建军补充说,为了保障嫦娥三号任务的顺利实施,地面应用系统设立了遥科学探测分析系统,建设了专门的遥科学试验室。
遥科学实际上就是要扩展,或者增强人的感知能力和行动能力。刘建军介绍,感知,简单地说就是遥现场,行动能力就是遥操作,这在嫦娥三号都有体现。感知能力有视觉、触觉、味觉等,目前嫦娥三号主要是提高了人视觉的感知,就是用相机,用全景相机、导航相机等,来感知月球表面的形貌特征和外部的场景状态。然后利用这些相机获得的数据,在地面重构出月球表面的场景,通过虚拟现实的方法把月面的这个场景展现出来。
“接下来就是我们通常说的遥现场,有了这样一个遥现场以后,科学家也好,工程师也好,就知道月球表面是一个什么样,知道着陆器在月球表面上处在什么样的环境。”刘建军说,有了这样一个环境以后,才可以知道,上面的科学仪器要怎样去工作。
刘建军表示,人的行动能力的提升,就是通常讲的遥操作,这些航天器上面有粒子激发X射线谱仪,正是通过它来对月球表面的某个物体进行探测。我们的月基光学望远镜,如果要对特定的天体进行定点探测,都可以类似地通过遥操作的方式来控制科学仪器,进而开展相应的科学探测。
刘晓群表示,地面应用系统还有一个很重要的任务,就是如何组织利用嫦娥三号的科学探测数据来开展研究,实现快出成果、多出成果、出好成果。目前已经组织了一个核心的研究团队,他们在嫦娥三号发射之前,做好了数据使用的充分准备,一旦科学探测数据传回来,便能够尽快地利用这些数据开展科研工作。
(原载于《科技日报》 2013-12-02 08版)