Registro de propiedad intelectual de Wukong
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 tres años, pero hasta ahora, el de 6 años. El viejo Wukong todavía está lleno de energía y continúa ayudando a la humanidad a mirar las profundidades del universo.
En la actualidad, el proyecto de experimento científico espacial ha lanzado con éxito 7 satélites científicos. El Centro de Control de Operaciones Integradas 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 de Transporte Integrado de Satélites Científicos, Centro Nacional de Ciencias Espaciales, Academia de Ciencias de China
"Control remoto" de satélites científicos
En la madrugada del 17 de diciembre , 2015, Centro de lanzamiento de satélites de Jiuquan.
Con el resplandor de la mañana todavía flotando en el cielo, el cohete portador Gran Marcha-2 atravesó el cielo y puso con éxito el satélite "Wukong" en la órbita predeterminada.
En "Viaje al Oeste", Sun Wukong puede recorrer mil millas de un solo salto y tiene ojos penetrantes. El satélite "Wukong" hace honor a su nombre.
El satélite "Wukong", nombre completo del Satélite de Detección de Partículas de Materia Oscura, es uno de los cuatro primeros satélites científicos desarrollados en la primera fase del proyecto piloto estratégico de tecnología de ciencia espacial de la Academia China de Ciencias. También es el rango de energía de observación más amplio del mundo y el satélite de detección de partículas de materia oscura con la mejor resolución. Orbita la Tierra cada 95 minutos y puede observar 5 millones de partículas de alta energía en el universo cada día.
Imágenes informativas.
Su longitud es de 1,5 m, su ancho es de 1,5 m, su altura es de 1,2 m y su masa total es de 1,85 t. En términos de volumen, 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. Estos pequeños detectores son los ojos de Wukong. El objetivo de la detección es la materia oscura que representa más de una cuarta parte del universo pero que es invisible para los humanos.
Por supuesto, lo que "Wukong" recoge y detecta no es materia oscura en sí, sino "pistas" como rayos gamma de alta energía, electrones y rayos cósmicos producidos tras la colisión de partículas de materia oscura. Los investigadores pueden encontrar indirectamente evidencia de la existencia de materia oscura mediante el análisis científico de los datos recopilados.
Una vez que las partículas de alta energía "golpean" el detector, los datos científicos generados se registrarán y almacenarán inmediatamente. Mientras sobrevuela China, 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 resumen en el Centro de Control de Operaciones Integradas de Satélites Científicos ubicado en la Ciudad de las Ciencias de Huairou, Beijing.
En el pasado, el modelo de control de operación de satélites de mi país era que un satélite correspondía a un sistema terrestre. Si bien puede mejorar la pertinencia de la gestión de operaciones, también tiene deficiencias como una baja eficiencia en la asignación de recursos y un intercambio insuficiente de datos.
El Centro Nacional de Ciencias Espaciales de la Academia de Ciencias de China es la unidad general responsable del proyecto piloto de ciencia espacial de la Academia de Ciencias de China. En la actualidad, además de Wukong, también están Mozi, Shijian 10, Yan Hui, Taiji 1, Huairou 1 y Sustainable Development Science Satellite 1, todos los cuales están 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 de operaciones integradas de satélites científicos para respaldar 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, que son responsables de la gestión de operaciones satelitales y el procesamiento de datos científicos, respectivamente. .
"Revisor" de datos científicos
El objetivo del lanzamiento de satélites científicos es observar el espacio y obtener datos científicos. Aunque no existe una conexión de "cable de red" entre el cielo y la tierra, la velocidad de descarga de datos por satélite no es lenta, alcanza de 150 a 300 megabytes por segundo, y el valor máximo puede incluso alcanzar los 1.600 megabytes por segundo. La "velocidad de Internet" será aún más impresionante en el futuro. Los centros de datos procesan estos datos primero.
El centro de datos gestiona varios satélites al mismo tiempo y recibe una gran cantidad de datos cada día. Sólo el satélite "Wukong" transmite a la Tierra alrededor de 16 GB de datos científicos sin procesar cada día. Sin embargo, estos datos sin procesar no pueden usarse directamente para investigaciones y análisis científicos, deben ser procesados por el centro de datos antes de que los científicos puedan realizar investigaciones de seguimiento.
“¡No se pueden perder todos los datos científicos!”. El trabajo diario del personal del centro de datos Maffoli es lidiar con lo que los forasteros ven como “una cadena de códigos confusos”. Después de recibir los datos científicos originales, primero debe descomprimir y extraer el paquete de fuente de datos válido para asegurarse de que no falten 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 integridad de los productos de datos científicos producidos, sexo y corrección. Actualmente, los datos científicos de todos los satélites en órbita gestionados por el centro de datos se han procesado correctamente el 100% del tiempo tras el aterrizaje.
Después de que los productos de datos científicos se produzcan correctamente, Maffoli distribuirá los productos a los usuarios científicos de diferentes satélites y, al mismo tiempo, guardará los datos originales y los productos de datos en todos los niveles en la base de datos del satélite científico.
Zou, subdirector del Centro Nacional de Ciencias Espaciales de la Academia de Ciencias de China, dijo que el almacenamiento disperso de datos científicos satelitales no favorece la gestión eficiente y la aplicación abierta de datos científicos, y no es conveniente para el uso de los científicos. El establecimiento del Centro Nacional de Datos de Ciencias Espaciales tiene como objetivo construir un puente y una plataforma para que los científicos utilicen convenientemente los datos de las ciencias espaciales, de modo que los datos científicos puedan desempeñar un papel más importante.
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, realizando procesamiento automático en tiempo real, visualización rápida, gestión de almacenamiento, archivo y publicación, y almacenamiento seguro y permanente de datos científicos satelitales, y tiene una cierta influencia a nivel internacional. Los datos científicos de la misión satelital especial del Experimento de Ciencias Espaciales se pueden buscar 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 una base, no habrá edificios de gran altura. Cuanto más fuertes y sólidas sean las bases, más perlas se pueden producir en la corona. de la ciencia.” Zou Dui dijo:
"Escolta" de respuesta rápida
El viaje del satélite al espacio no siempre es fácil. De hecho, siempre enfrentan amenazas desde el espacio. Los desechos espaciales, las tormentas cósmicas, las partículas de alta energía... pueden afectar al funcionamiento normal de los satélites, y es el centro de misión el que garantiza el funcionamiento normal y estable de los satélites y puede dirigir sus acciones.
“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 dijo que entre semana, el centro de misión es como el “médico de salud” del satélite. , monitoreando la salud del satélite en todo momento. Estado de salud, utilice nuevas tecnologías como inteligencia artificial y big data tanto como sea posible para evaluar y predecir el estado futuro de los satélites, para estar al tanto de ello.
Zou Ziming
En la pantalla grande del centro de la 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 "registro de salud del ciclo de vida" de satélites y cargas útiles.
Cuando los satélites están en órbita durante mucho tiempo, inevitablemente se producirán "enfermedades menores y desastres menores", por lo que cuanto antes mejor, mejor. Sin embargo, el "diagnóstico remoto" no es una tarea fácil. Para encontrar con precisión la "lesión" en un corto período de tiempo y lograr "medicamentos para curar la enfermedad", necesitamos el apoyo de un rico conocimiento teórico y experiencia operativa. Durante los últimos seis años, con la rica experiencia del equipo del centro de misión y la mejora continua de los planes de emergencia, la respuesta a las emergencias se ha vuelto más rápida y precisa.
En mayo de 2021, Wukong entró en el modo de trabajo de "larga sombra", es decir, cada órbita del satélite entrará en la zona de sombra fuera del sol durante un largo tiempo. Dado que la fuente de alimentación principal del satélite funciona con paneles solares, la estrategia de consumo de energía del satélite debe ajustarse en el modo "Long Shadow"; de lo contrario, la carga no podrá funcionar debido a una energía insuficiente.
Quest Center tiene una gran idea para esto. Ya en 2065438 de 2008 formularon un plan de eliminación de carga útil para el satélite "Wukong". Bai Meng, un ingeniero senior del centro de misión, y sus colegas se comunicaron con anticipación con los desarrolladores de satélites y las unidades de carga para determinar el plan de eliminación de manera oportuna.
Las instrucciones en cadena hexadecimal son el lenguaje de comunicación entre el centro de misión y los satélites.
Comandos como recarga de carga, inicialización, restauración del modo de observación normal, lista de eventos, efemérides digitales, etc. Se envía rápidamente desde el centro de la misión a la estación terrestre y se transmite al "cerebro" de Wukong a través del enlace cielo-tierra. Se utilizan cientos de instrucciones para ajustar todas las cargas útiles de Wukong a las últimas condiciones de trabajo para garantizar que continúe realizando misiones de observación científica de manera estable.
Cuando los recursos TTC terrestres de los satélites son suficientes, el centro de la misión puede lograr una "respuesta a nivel de minutos" a los satélites. Esto es extremadamente importante para los satélites científicos. En el caso de un evento de oportunidad científica que no esté incluido en el plan de observación diario y requiera una observación temporal de emergencia, el centro de la misión debe cargar rápidamente instrucciones para ordenar al satélite que cambie su actitud y apunte al objetivo de observación.
Durante el primer descubrimiento de un evento de onda gravitacional de estrella de neutrones doble por parte del Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferencia Auroral y el Observatorio de Ondas Gravitacionales Virgo, el evento fue monitoreado con éxito por la "respuesta a nivel de minuto" del primer telescopio de mi país. Satélite espacial de astronomía de rayos X.
Imágenes informativas.
A las 0:58 del 18 de agosto de 2018, el "Ojo Inteligente" transmitió a tierra datos científicos de las misiones de observación diarias. Los productos de datos se distribuyen a equipos de científicos en 2 minutos. Después del análisis de los datos, los científicos descubrieron que podría ocurrir una explosión de ondas gravitacionales en un área determinada, por lo que contactaron urgentemente al centro de control de transporte.
1: 40, presente el plan científico de emergencia "Es necesario organizar dos observaciones en el área de Xiaotian". 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 "Yan Hui" para observar el área del cielo designada.
A las 2:44, "Yan Hui" transmitió 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 para el evento.
El control del flujo de agua garantiza que los científicos puedan obtener datos de primera mano lo antes posible y realizar rápidamente trabajos de investigación científica. 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 del "Eye in the Sky" han hecho importantes contribuciones a la comprensión integral de los mecanismos físicos de los eventos de ondas gravitacionales y los destellos de ondas gravitacionales. En ese momento, "Yan Hui", que había hecho grandes contribuciones, acababa de estar en órbita durante dos meses y todavía se encontraba en el "período de prueba" de rodaje. Su excelente rendimiento se beneficia del potente soporte de plataforma técnica del centro de control de operaciones, el proceso de trabajo colaborativo perfecto y ágil entre varias unidades y las funciones sensibles y potentes de la carga útil del satélite.
En la misión de seguimiento de la segunda fase del Space Science Pilot, el satélite espacial de monitoreo de fuente variable espacial multibanda y el satélite de detección Einstein cuyo lanzamiento está previsto tendrán la capacidad de cargar datos en tiempo real a través del sistema Beidou, lo que mejorará en gran medida las capacidades de respuesta de emergencia del centro de control operativo.
“Enfermera practicante” de atención médica
¿Cuánto tiempo pueden funcionar los satélites en el espacio? Ésta es una explicación económica además de científica.
Los satélites científicos son equipos de cooperación multisistema. 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 del satélite, y cada unidad de carga interna será diseñada y fabricada de acuerdo con este estándar.
Aumentar la vida útil del satélite significa que su coste de desarrollo también aumentará considerablemente. Sin embargo, si la operación en órbita del satélite se mantiene efectivamente y su servicio en órbita excede la vida útil prevista, el costo requerido para las observaciones se puede ahorrar considerablemente. El tiempo que un satélite puede funcionar de forma saludable tras su vida de diseño depende más del seguimiento, gestión y garantía del sistema terrestre para alargar al máximo el 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 extranjeros similares.
Para determinar si un satélite puede extender su vida orbital es necesario realizar una valoración y evaluación rigurosas por parte de expertos técnicos. Después de tres evaluaciones de extensión de vida, el tiempo de trabajo real en órbita ha alcanzado el doble de la vida útil de diseño y su evaluación de índice 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, desde el diseño del satélite y la gestión de carga hasta cada tornillo y soldadura, cada detalle de Wukong se llevó al extremo.
¿En qué circunstancias se considerará que un satélite no funciona? La evaluación debe realizarse en dos niveles. Primero, si se logran los objetivos científicos del satélite, su misión estará cumplida. Sin embargo, si la frecuencia de "enfermedad" del satélite aumenta a medida que aumenta su tiempo en órbita, o incluso se producen algunas fallas permanentes, y después de la evaluación, el estado y la carga del satélite no son adecuados para una operación continua, el período de la misión habrá terminado. Si se puede llevar a cabo una buena gestión diaria y se pueden gestionar los accidentes menores de manera oportuna, se puede ayudar eficazmente a que los satélites retrasen su envejecimiento.
Durante los últimos seis años, las diversas cargas de Wukong han tenido fluctuaciones mínimas y su situación laboral ha sido muy estable. 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. "Wukong" continuará trabajando en órbita, ayudando a los científicos a utilizar datos científicos de manera estable, 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 importante para la investigación científica. Zou dijo que el proceso de convertir fenómenos científicos en datos científicos a través de observaciones instrumentales está restringido por muchas condiciones”. uno de los cuales es el más importante. La cuestión clave es que debe haber diferencias sutiles entre los diferentes instrumentos. La observación continua del mismo equipo puede minimizar estas diferencias y proporcionar datos científicos buenos y estables para la investigación científica a largo plazo. Muchos telescopios terrestres pueden observar durante décadas.
"Wukong", de seis años, todavía envía datos de manera constante todos los días, el espectro de rayos cósmicos de electrones de alta energía y el espectro de rayos cósmicos nucleares de helio de alta energía más precisos del mundo extraídos de sus datos de observación. son cada vez más precisos, lo que indica que la investigación de detección de partículas espaciales de alta energía de nuestro país ha estado a 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 de los electrones tiene una "torsión" a una energía de 1,4 billones de electronvoltios. Esta es una fluctuación anormal que nunca se ha observado. por los humanos antes. Sin embargo, la estructura del espectro de energía recientemente descubierta de "primero hacia arriba y luego hacia abajo" indica que puede haber fuentes de rayos cósmicos desconocidas, lo que requiere más estudio.
Observación espacial "con visión de futuro"
Cada problema, mayor o menor, que enfrentan los satélites científicos en órbita depende de la gestión del equipo del centro de control de operaciones. A medida que aumenta el número de satélites en órbita, también aumenta la presión sobre la gestión operativa. Para mejorar la eficiencia del control de la operación del satélite, basado en la plataforma de operación básica, el centro de control de operación optimiza el software especial para diferentes necesidades de soporte del satélite, formando un sistema técnico de "complemento de misión de plataforma común". Para la operación y gestión de satélites recién lanzados en el futuro, siempre que se adapte el sistema existente y una pequeña cantidad de software especial recientemente desarrollado pueda satisfacer los requisitos, se ahorrarán grandes recursos y costos.
Zou dijo que debido a limitaciones 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, como mi país tiene cada vez más satélites de ciencia espacial en órbita, el centro de control de operaciones necesita adoptar inteligencia artificial, aprendizaje automático, big data, plataformas en la nube y otras tecnologías a gran escala para hacer más fácil el control de las operaciones diarias de los satélites científicos. inteligente y confiable.
En la actualidad, la edad promedio del equipo del centro de control de operaciones es de solo 36 años y el joven equipo tiene sólidas capacidades de investigación e innovación científica. Zou dijo 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, y que construyamos herramientas de planificación de misiones científicas, gestión del estado de la carga útil, procesamiento y análisis de datos con intelectuales independientes. derechos de propiedad. Promover el intercambio de recursos de datos y herramientas de software para que los satélites científicos valiosos y los datos científicos desempeñen un papel más importante.