Revelar | La "extensión de vida" del satélite "Wukong" en el espacio no se puede separar de la "gran ama de llaves" en la Tierra

A 17 de diciembre de 2021, el satélite "Wukong" ha estado volando en órbita durante 6 años completos.

Como el primer satélite lanzado en la primera fase del Proyecto Piloto de Ciencias Espaciales de la Academia China de Ciencias, "Wukong" fue diseñado originalmente para tener una vida útil de sólo 3 años. Sin embargo, hasta ahora, los 6. "Wukong" de 20 años todavía mantiene una energía fuerte y abundante. La vitalidad continúa ayudando a la humanidad a mirar hacia el universo profundo.

En la actualidad, el proyecto piloto de ciencia espacial ha lanzado con éxito 7 satélites científicos. El Centro de Control y Operación Integrada de Satélites Científicos del Centro Nacional de Ciencias Espaciales de la Academia de Ciencias de China es el "gran ama de llaves" de estos satélites científicos en tierra.

Centro de Control y Operación Integrada de Satélites Científicos del Centro Nacional de Ciencias Espaciales, Academia de Ciencias de China

Satélite Científico "Controlador Remoto"

A primera hora de la mañana de El 17 de diciembre de 2015 se lanzó el centro de satélites Jiuquan.

Con el resplandor de la mañana todavía flotando en el cielo, el cohete portador Gran Marcha-2D atravesó el cielo y puso con éxito el satélite "Wukong" en su órbita predeterminada.

En "Journey to the West", Monkey King, el Rey Mono, puede viajar miles de millas con un solo salto mortal y tiene "ojos de fuego" agudos. El satélite "Wukong" es ciertamente digno de su nombre. nombre.

El satélite "Wukong", cuyo nombre completo es Satélite de Detección de Partículas de Materia Oscura, es uno de los cuatro satélites científicos desarrollados en la primera fase del Proyecto de Tecnología Piloto Estratégica de Ciencias Espaciales de la Academia China de Ciencias. También es el satélite de observación más grande del mundo. El satélite de detección de partículas de materia oscura con el mayor alcance y la mejor resolución energética. Orbita la Tierra cada 95 minutos y puede observar 5 millones de partículas de alta energía en el universo cada día.

Foto de perfil.

Mide 1,5 metros de largo, 1,5 metros de ancho, 1,2 metros de alto y una masa total de 1,85 toneladas. En términos de tamaño, "Wukong" no es mucho más grande que un escritorio. Pero no lo subestimes. El pequeño cuerpo de "Wukong" está equipado con casi 80.000 pequeños detectores. Son los "ojos de fuego" de "Wukong" y los objetivos de detección representan más de una cuarta parte del universo. es “invisible” para los humanos.

Por supuesto, lo que "Wukong" recoge y detecta no es la materia oscura en sí, sino las "pistas" como los rayos gamma de alta energía, los electrones y los rayos cósmicos producidos tras la colisión de partículas de materia oscura. Los investigadores realizaron investigaciones científicas sobre los datos recopilados. Los análisis pueden encontrar indirectamente evidencia de la existencia de materia oscura.

Una vez que las partículas de alta energía "choquen" con el detector, los datos científicos generados se registrarán y almacenarán inmediatamente. Cuando sobrevuele mi país, "Wukong" establecerá rápidamente enlaces de comunicación espacio-tierra con tres estaciones terrestres ubicadas en Kashgar, Xinjiang, Sanya, Hainan y Miyun, Beijing. Los datos científicos se transmiten a tierra a lo largo de este canal y se agregan al Centro de Control y Operación Integrada de Satélites Científicos ubicado en la Ciudad de las Ciencias de Huairou, Beijing.

En el pasado, el modelo de operación y control de satélites de mi país era que un satélite correspondía a un sistema terrestre. Aunque puede mejorar la pertinencia de la gestión de operaciones, también tiene deficiencias como la eficiencia de la asignación de recursos y datos insuficientes. intercambio.

El Centro Nacional de Ciencias Espaciales de la Academia de Ciencias de China es la unidad líder del proyecto pionero de ciencia espacial de la Academia de Ciencias de China. En la actualidad, además de "Wukong", los satélites científicos que han sido. Entre los satélites lanzados y en funcionamiento con éxito en órbita figuran el "Mozi" Practice No. 10, el "Huiyan", el "Tai Chi No. 1", el "Huairou No. 1" y el satélite científico sobre desarrollo sostenible No. 1, que se encuentra bajo gestión especial. Para llevar a cabo una gestión más eficiente de los satélites en órbita, el Centro Nacional de Ciencias Espaciales ha establecido un centro de control y operación integrada de satélites científicos para respaldar y garantizar la operación diaria en órbita de todos los satélites del proyecto.

Como puente y centro que conecta satélites y usuarios científicos, el Centro de Control de Operaciones ha establecido dos equipos importantes: el Centro de Misiones Científicas Espaciales y el Centro de Datos, respectivamente responsables de la gestión de operaciones satelitales y el procesamiento de datos científicos.

"Organizador" de datos científicos

El objetivo del lanzamiento de satélites científicos es observar el espacio y obtener datos científicos. Aunque no existe un "cable de red" que conecte el cielo y la tierra, la velocidad de transmisión de datos por satélite no es lenta, alcanza de 150 a 300 megabits por segundo, y el valor máximo puede alcanzar incluso los 1.600 megabits por segundo. en el futuro será aún más impresionante. El primero en procesar estos datos es el centro de datos.

Al administrar varios satélites al mismo tiempo, el centro de datos recibe una enorme cantidad de datos todos los días. Solo el satélite "Wukong" transmite alrededor de 16 GB de datos científicos originales a la Tierra todos los días. Estos datos sin procesar no se pueden utilizar directamente para investigaciones y análisis científicos, deben ser procesados ​​por el centro de datos antes de que los científicos puedan utilizarlos para realizar trabajos de investigación posteriores.

"¡No se puede perder cada dato científico!" Ma Fuli, un miembro del personal del centro de datos, trabaja todos los días para lidiar con lo que los forasteros ven como "una serie de códigos confusos". Después de recibir los datos científicos originales, primero debe descomprimir y extraer el paquete de fuente de datos válido para confirmar que no faltan fragmentos de datos, y luego realizar una serie de procesos como clasificación, corrección de tiempo, conversión de cantidades físicas y cálculo de parámetros para garantizar la producción científica y la integridad y corrección de los productos de datos. Actualmente, todos los datos científicos de los satélites en órbita gestionados por el centro de datos se procesan correctamente al 100% después del aterrizaje.

Una vez que los productos de datos científicos se produzcan correctamente, Ma Fuli distribuirá los productos a los usuarios científicos de diferentes satélites y guardará simultáneamente los datos originales y los productos de datos en todos los niveles en la base de datos del satélite científico.

Zou Ziming, subdirector del Centro Nacional de Ciencias Espaciales de la Academia de Ciencias de China, dijo que el almacenamiento descentralizado de datos científicos satelitales no favorece la gestión eficiente y la aplicación abierta de datos científicos, y Es inconveniente para los científicos utilizarlo. El establecimiento de un centro nacional de datos de ciencia espacial tiene como objetivo construir un puente y una plataforma para que los científicos utilicen convenientemente los datos de ciencia espacial, de modo que los datos científicos puedan ejercer un mayor valor.

En vista de esto, el Centro Nacional de Ciencias Espaciales de la Academia de Ciencias de China promovió el establecimiento del Centro Nacional de Datos de Ciencias Espaciales, que es el único centro nacional de datos científicos en el campo de la ciencia espacial en mi país. país. En la actualidad, el centro de datos ha establecido un sistema comercial que cubre todo el ciclo de vida de los datos para lograr el procesamiento automatizado en tiempo real, la visualización rápida, la gestión del almacenamiento, el archivo y la publicación, y el almacenamiento seguro y permanente de los datos científicos satelitales. influencia a nivel internacional. Los datos científicos de las misiones piloto de satélites especiales de ciencia espacial se pueden recuperar en línea aquí. A medida que aumente el número de satélites científicos en órbita y la cantidad de datos científicos, el contenido de la base de datos seguirá enriqueciéndose.

"El procesamiento y la gestión de datos son el trabajo básico de la investigación científica. Sin los cimientos, no habrá edificios de gran altura. Cuanto más fuertes y sólidos sean los cimientos, más y más brillantes serán las perlas en el La corona de la ciencia será ", dijo Zou Ziming.

Respuesta Rápida "Escort"

El viaje de los satélites que viajan en el espacio no siempre es fácil. De hecho, se enfrentan a amenazas desde el espacio en todo momento. La basura espacial, las tormentas cósmicas, las partículas de alta energía… pueden afectar al normal funcionamiento de los satélites, y el centro de misión es el que asegura el funcionamiento estable y normal de los satélites y puede dirigir sus movimientos.

"El centro de misión es el principal departamento responsable de garantizar el funcionamiento seguro, confiable y eficiente de los satélites científicos espaciales en órbita". Zou Ziming dijo que entre semana, el centro de misión es como el "médico de salud". del satélite, monitorizando el estado de salud del satélite en todo momento, y utilizar nuevas tecnologías como la inteligencia artificial y el big data para evaluar y predecir al máximo el estado futuro de los satélites para estar al tanto de ellos.

Zou Ziming

En la pantalla grande del centro de misión, la información clave de cada satélite científico en órbita es clara de un vistazo. Mientras el satélite transmite datos científicos, sus propios datos sobre el estado de funcionamiento también se "informarán" a tierra simultáneamente. Con el tiempo, el centro de la misión ha establecido un conjunto de "archivos de estado del ciclo de vida completo" para satélites y cargas útiles.

Cuando los satélites llevan mucho tiempo en órbita es inevitable sufrir "enfermedades menores y desastres menores", por lo que cuanto antes mejor, mejor. Sin embargo, el "diagnóstico desde el aire" no es nada fácil. Encontrar con precisión la "lesión" en un corto período de tiempo y "curar la enfermedad con el medicamento adecuado" requiere como apoyo un rico conocimiento teórico y experiencia operativa. Durante los últimos seis años, a medida que el equipo del centro de misión ha adquirido más experiencia y ha mejorado sus planes de emergencia, su respuesta a las emergencias se ha vuelto más rápida y precisa.

En mayo de 2021, "Wukong" entró en el modo de trabajo de "sombra larga", es decir, cada satélite entrará en la zona de sombra donde el sol no puede brillar durante mucho tiempo. Dado que la principal fuente de energía del satélite funciona con paneles solares, en el modo "larga sombra de la Tierra", es necesario ajustar la estrategia de consumo de energía del satélite; de ​​lo contrario, la carga no podrá funcionar debido a una energía insuficiente.

Mission Center tiene confianza en esto. Ya en 2018 formularon un plan específico de eliminación de la carga útil del satélite "Wukong".

Para esta eliminación en modo "Long Earth Shadow", Bai Meng, un ingeniero senior del centro de misión, y sus colegas se pusieron en contacto con los desarrolladores de satélites y las unidades de carga con antelación para confirmar el plan de eliminación de manera oportuna.

Las instrucciones en cadena hexadecimal son el lenguaje utilizado por el centro de misión para comunicarse con el satélite. La carga útil se reactiva, se inicializa, se restablece al modo de observación normal, tabla de eventos, efemérides digitales... Las instrucciones se envían rápidamente desde el centro de la misión a la estación terrestre y se transmiten al "cerebro" de "Wukong" a través del espacio. -enlace a tierra. Se requieren cientos de instrucciones para ajustar todas las cargas útiles del "Wukong" al último estado de funcionamiento para garantizar que pueda continuar realizando misiones de observación científica de manera estable.

Cuando los recursos de control y medición terrestre y satelital son suficientes, el centro de la misión puede controlar los satélites con una "respuesta a nivel de minutos". Esto es extremadamente importante para los satélites científicos. Una vez que ocurre un evento de oportunidad científica que no está incluido en el plan de observación diario y es necesario realizar observaciones de emergencia temporalmente, el centro de la misión debe cargar instrucciones de manera oportuna para ordenar al satélite que cambie su posición. actitud y apuntar al objetivo de observación.

Cuando el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferencia Auroral y el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Virgo descubrieron por primera vez el evento de onda gravitacional de la fusión de dos estrellas de neutrones, a través de una "respuesta a nivel de minuto", la primera radiografía espacial de mi país Satélite astronómico - "Wisdom Eyes" El evento fue monitoreado con éxito.

Foto de perfil.

A las 0:58 del 18 de agosto de 2017, el "Ojo Inteligente" transmitió a la Tierra datos científicos de las misiones de observación diarias. Los productos de datos se distribuyen al equipo de científicos en 2 minutos. Tras el análisis de los datos, los científicos descubrieron que puede haber una explosión de ondas gravitacionales en una determinada zona del cielo, por lo que se pusieron en contacto urgentemente con el centro de control de operaciones.

A la 1:40, se presentó el plan científico de emergencia "que necesita organizar dos observaciones de áreas de cielo pequeño". El centro de la misión completó rápidamente la recepción, revisión, preparación de instrucciones, inversión de instrucciones y revisión del plan científico en 10 minutos.

A la 1:50, el comando de emergencia se cargó con éxito en el "Smart Eye" para realizar observaciones en el área del cielo designada.

A las 2:44, el "Ojo de la Sabiduría" devolvió el primer lote de datos de observación de eventos de ondas gravitacionales.

A las 2:49, se completó el preprocesamiento de datos y se generó el primer lote de productos de datos científicos.

A las 3 en punto, se completó la producción y distribución de todos los productos de datos científicos del incidente.

El control fluido garantiza que los científicos puedan obtener datos de primera mano lo antes posible y realizar trabajos de investigación científica rápidamente. Esa noche, el centro de datos proporcionó un total de 1.059 productos de datos científicos durante el incidente, con un total de 23,17 GB.

Las observaciones de "Intelligent Eye" han hecho importantes contribuciones a la comprensión integral del mecanismo físico de este evento de ondas gravitacionales y del destello de ondas gravitacionales. En este momento, el "ojo inteligente" que ha logrado grandes logros acaba de estar en órbita durante dos meses y todavía se encuentra en el "período de prueba" de rodaje. Su destacado desempeño se debe al poderoso soporte de plataforma técnica del centro de control de operaciones, el perfecto y ágil proceso de trabajo colaborativo entre varias unidades y las sensibles y poderosas funciones de la carga útil del satélite.

En la misión de seguimiento de la segunda fase del Space Science Pilot, el satélite de seguimiento de fuente variable espacial multibanda y el satélite sonda Einstein cuyo lanzamiento está previsto tendrán la capacidad de detectar instantáneamente cargar datos a través del sistema "Beidou" Esto mejorará en gran medida la capacidad de respuesta de emergencia del centro de control de operaciones.

“Enfermera” sanitaria

¿Cuánto tiempo puede funcionar un satélite en el espacio? Ésta es una explicación económica además de científica.

Un satélite científico es un dispositivo con múltiples sistemas trabajando juntos. Al comienzo de la construcción del proyecto, los científicos establecerán un período de "vida" para el satélite en función de los objetivos de la misión científica que debe completar, y cada unidad de carga interna será diseñada y fabricada de acuerdo con este estándar.

Aumentar la vida útil de diseño de un satélite significa que sus costes de desarrollo también aumentarán significativamente. Sin embargo, si la operación en órbita del satélite se mantiene efectivamente y su servicio en órbita excede la vida útil prevista, el costo de la observación se puede ahorrar considerablemente. Una vez superada la vida de diseño, el tiempo que el satélite pueda seguir funcionando de forma saludable depende más de la monitorización, gestión y garantía del sistema terrestre para alargar al máximo su tiempo de trabajo.

Después del pesaje, cuando se construyó "Wukong", se determinó que el límite de tiempo de la misión era de tres años y su costo real era mucho menor que el de detectores similares en el extranjero.

Para determinar si un satélite puede prolongar su vida útil y operar en órbita es necesario una evaluación y revisión rigurosas por parte de expertos técnicos.

Después de tres revisiones de extensión de vida, el tiempo de trabajo real de "Wukong" en órbita ha alcanzado el doble de la vida útil de diseño, y su índice de estrellas general sigue siendo de 100 puntos, lo que significa que "Wukong" siempre ha mantenido perfectas condiciones de funcionamiento. Esto demuestra que en el proceso de desarrollo inicial, cada detalle de "Wukong" se ha logrado al extremo, desde el diseño del satélite y la gestión de carga hasta tan solo un tornillo y una soldadura.

¿En qué circunstancias se considerará que un satélite no puede seguir funcionando? La evaluación debe realizarse en dos niveles. Primero, si se logran los objetivos científicos del satélite, su misión estará cumplida. Y si a medida que el tiempo del satélite en órbita se prolonga, su frecuencia de "enfermedad" aumenta cada vez más, e incluso se producen algunas fallas permanentes después de la evaluación, el estado del satélite y la carga útil no son adecuados para una operación continua, y el período de la misión será. declarado terminado. Si podemos llevar a cabo una buena gestión diaria y afrontar a tiempo los accidentes menores, podremos ayudar eficazmente a los satélites a retrasar el envejecimiento.

En los últimos 6 años, el rango de fluctuación de cada carga de "Wukong" ha sido extremadamente pequeño y las condiciones de trabajo son muy estables. Según el principio de funcionamiento de la carga útil, cuanto mayor sea el tiempo de observación en órbita, más datos se acumularán y mayor será la precisión de la observación. El trabajo continuo de "Wukong" en órbita ayudará a los científicos a utilizar de manera constante datos científicos, llevar a cabo trabajos de investigación científica más coherentes y profundos y producir resultados de investigación científica de mayor valor.

"Los datos requieren acumulación y observación a largo plazo, lo cual es muy crítico para la investigación científica". Zou Ziming dijo que el proceso de convertir fenómenos científicos en datos científicos a través de observaciones instrumentales está restringido por muchas condiciones. , entre los cuales Una de las cuestiones más críticas es que debe haber diferencias sutiles entre los diferentes instrumentos. La observación continua mediante el mismo dispositivo puede minimizar estas diferencias y proporcionar datos científicos estables y de buena calidad para la investigación científica durante un largo período de tiempo. Muchos telescopios terrestres tienen períodos de observación de varias décadas.

El "Wukong", de 6 años, todavía envía datos de manera constante todos los días. Sus datos de observación crean el espectro más preciso del mundo de rayos cósmicos de electrones de alta energía y rayos cósmicos de núcleo de helio de alta energía hasta el momento. Los espectros de energía crecen constantemente y se vuelven más precisos, lo que significa que la investigación de detección de partículas espaciales de alta energía de mi país se ha convertido en la vanguardia del mundo.

Basándose en los datos de observación a largo plazo de "Wukong", los científicos chinos descubrieron que el espectro de energía de los rayos cósmicos del electrón produjo una "inflexión" con una energía de 1,4 billones de electronvoltios. Esta fluctuación anormal nunca ha ocurrido. observado por los humanos antes de llegar. La estructura del espectro de energía recientemente descubierta de "primero ascendente y luego descendente" indica que puede haber una fuente desconocida de rayos cósmicos, que aún debe ser aclarada por investigaciones posteriores.

Observación espacial "Far Looker"

Todos los eventos mayores y menores encontrados por los satélites científicos en órbita son gestionados por el equipo del centro de control de operaciones. A medida que aumenta el número de satélites en órbita, el. La presión sobre la gestión de operaciones aumenta también. Para mejorar la eficiencia de la operación y el control de los satélites, el centro de control de operaciones se basa en la plataforma de operación básica y optimiza un software especial para las diferentes necesidades de soporte de los satélites, formando un sistema técnico de "plataforma pública + complemento de misión". Para la operación y gestión de satélites recién lanzados en el futuro, siempre que se adapte y modifique el sistema existente, se puede desarrollar una pequeña cantidad de nuevo software especial para cumplir con los requisitos, lo que ahorra enormemente recursos y costos.

Zou Ziming dijo que las futuras misiones de exploración del espacio profundo estarán restringidas por factores como la distancia espacial y la velocidad del canal. El centro de control de operaciones debe actualizar continuamente los sistemas existentes para brindar un mejor soporte. Además, a medida que aumenta el número de satélites de ciencia espacial de mi país en órbita, el centro de control de operaciones necesita adoptar tecnologías como inteligencia artificial, aprendizaje automático, big data y plataformas en la nube a gran escala para facilitar la operación y el control diarios de los satélites científicos. satélites más inteligentes y fiables.

En la actualidad, la edad promedio del equipo del centro de control de operaciones es de solo 36 años y el equipo joven tiene sólidas capacidades de investigación e innovación científica. Zou Ziming expresó con gran expectativa que en los próximos 5 a 10 años, se espera que establezcamos un ecosistema de aplicación de datos y gestión inteligente de satélites científicos independiente y controlable de mi país, y que creemos los propios derechos de propiedad intelectual de mi país para la planificación de misiones científicas y la gestión de la salud de la carga útil. , Herramientas de procesamiento y análisis de datos, etc., promueven la construcción y el intercambio de recursos de datos y herramientas de software, para que los valiosos satélites científicos y los datos científicos puedan desempeñar un papel más importante.