朋友,你一定看过远在太空的神舟号,用实时三维动画逼真显示出运行状态的画面。但你可知道,在“神舟四号”之前,用的全是“洋软件”,它没事就给咱出点儿“洋相”,弄得科技人员十分恼火。而从“神四”起,用的就是中国自主研发的实时可视化三维软件系统了。这项自主创新成果,颠覆了中国航天领域可视化技术完全依赖“洋软件”的历史,是我国航天测控显示技术的重大突破。
这个系统的研制者,就是西安卫星测控中心技术部轨道室女高工张淑琴。4月中旬,记者从领导机关获悉,她成为2008年“中国青年五四奖章”获得者。
黑屏引出的“磁器活”
7年前,让从事显示工作的张淑琴暗下决心:要自主研发航天器飞行控制可视化软件。当时航天测控领域的显示系统基本采用国外软件。因为是“舶来品”,无法获取软件的源代码,价格昂贵,不便于根据试验任务需求,灵活实现升级改造和功能扩充;在使用中,还因软件本身存在设计漏洞,常导致异常退出。每次执行任务技术人员都提心吊胆。这种受制于人的感觉成了张淑琴的心病。一次,任务前全中心正在紧张地联调,指挥大厅显示屏突然出现黑屏。这次意外让张淑琴更加坚定了淘汰“洋软件”的决心:一定要为航天测控可视化安一颗“中国芯”。
可视化系统本来就属于高端软件,而要把远在太空的航天器的运行状态,用实时可视的三维动画逼真地显示出来,原创软件的开发难度非常大,涉及图形学、天文学等多个学科领域,同时还要对卫星轨道计算、姿态控制、软件开发等相关专业有相当的知识积累。没人提要求,张淑琴却给自己找了个非同寻常的“磁器活”。
“显示是锦上添花的事,又不是核心主干专业,洋软件别人不也照样用,费那么大劲儿,自讨苦吃图啥呀?”了解个中艰难的同事不无善意地劝说张淑琴。但外表看上去温和的她,骨子里却有惊人的倔劲儿。
最难的是图形学。张淑琴在大学学的是电子技术专业,图形学知识完全是空白。她便几乎占去自己全部的业余时间从零学起。当时国内与可视化相关的图形学书籍非常有限,张淑琴就买来纯英文版学术著作,用一种陌生的语言硬要“啃”下一门专业性非常强的新学科,难度可想而知。但张淑琴硬是咬着牙把一本本洋书弄了个精熟。
为买能运行三维图形的高配置电脑,2002年,张淑琴把单位给她和爱人作为“1153”人才发的一万六千元全部搭上,又从并不宽裕的家底储蓄中挤出几千元,用近两万元抱回一台“贵族”电脑。有人说她疯了,她却笑而不答。高端电脑确实为她的研发提供了如鱼得水的硬件环境。到了软件制作的攻坚阶段,张淑琴除了吃饭、正常工作和每天不到5个小时的睡眠外,几乎就拴在这台宝贝电脑上。
原创实现共同期待
纯粹原创开发,遇到难题连可讨论、请教的人都没有。搞科研的人,陷入一种艰难求解与无助懊恼的精神煎熬之中是对意志力最大的挑战。为了创建实时模拟卫星太阳翻板展开的模型,由于在坐标系转换过程中一个图形学方面的问题没能转过弯,整整在电脑前反复做了一个星期才完成。那一周,建了推翻再重建,反复了上百次,用张淑琴的话说,精神都快被折磨得崩溃了。但她最终战胜了自我。
经过3年艰苦攻关,2003年,就在神舟四号飞船做发射前各系统的测试准备阶段,张淑琴苦心开发的实时可视化三维显示系统呱呱坠地。那天,将最后一个字符敲入电脑时,张淑琴的手微微颤抖,眼眶也有些湿润。是激动,是辛酸,还是别的什么,到现在张淑琴也说不清楚,但那一刻的心理体验终生难忘。
经过反复测试和专家团评审,这套新生的显示系统被同意取代国外软件,正式嵌入航天测控计算机系统,中国航天测控系统的指挥大厅里,终于拥有了第一套自主研发的航天器飞行控制可视化显示软件。用于试验任务,图像逼真传神,软件操作灵活稳定,还可根据不同型号任务需要随机实现功能扩充与改造。张淑琴在几年的艰辛与沉寂中,用自己“硬邦邦”的原创作品实现了中国航天领域各系统多年来一个共同的期待与梦想。
触角延伸到深空
2007年,我国要执行“嫦娥一号”奔月卫星任务。张淑琴又把自己可视化研究的触角,延伸到深空飞行器控制可视化监视系统的设计开发。虽然有先前开发的软件“打底”,但从地球轨道跨越到月球轨道,还是没有任何经验可借鉴,要确保卫星运行状态和飞行控制过程实现实时可视化监视,一道道技术难题如同阴冷的大山横亘面前。张淑琴没给自己留任何退路。
从地心到月心系轨道过渡以及近月点制动过程非常复杂,对其进行三维表征是软件研发的技术瓶颈。那段时间,张淑琴的大脑几乎全被搅进了各种空间力学和空间坐标复杂的建模关系中,有时睡下了,突然半夜灵醒到点什么,立马跳下床到电脑上去建模、推演,常常不觉间就在图形堆里忙到天亮。经过一段近乎神经质地钻研,难度系数最高的基于嫦娥卫星轨道运动特点的三维可视化模型库又被张淑琴攻破了。
几个月的艰苦奋战,“嫦娥一号”卫星飞行控制可视化监视系统在她手上应运而生。精确直观的实时画面,为专家对卫星进行轨道、姿态控制分析,尤其是为近月点制动过程的监视分析发挥了重要作用。在总部组织的奔月卫星任务准备情况检查中得到高度评价。总部领导还让北京的相关技术人员专程到中心取经。系统成功应用于“嫦娥一号”卫星,圆满完成了任务。
张淑琴说她很欣赏中国“水稻之父”袁隆平的一句话:一个人一辈子能把一件事做好就够了。“虽然我的工作对航天测控领域来说微不足道,但不管是哪个分支领域都应该努力做到尽善尽美。”她先后参与完成了多次航天器测控任务、多项大型软件工程开发和“973”等国家级重点课题研究,获多项部委级科技进步二、三等奖。
张淑琴是个不歇追梦的人。谈到近期工作目标,她说正试图利用图形分层显示技术,把卫星所拍摄的地球照片加载到这套显示软件中,为飞船或卫星返回提供可视化地理信息,同时准备和同事一起研发……新的梦想带领她又开始了新的冲锋。
