Revelar | El espacio satelital "Wukong" "continúa su vida" y no puede prescindir del "gran administrador" en tierra

A 17 de diciembre de 2021, el satélite "Wukong" cumple 6 años en órbita.

Como primer satélite lanzado en la primera fase del Proyecto Piloto de Ciencias Espaciales de la Academia China de Ciencias, "Wukong" tiene una vida útil de sólo 3 años. Sin embargo, hasta ahora, el de 6 años. El viejo "Wukong" ha mantenido su vitalidad. Como primer satélite lanzado en la primera fase del "Proyecto Especial", "Wukong" tiene una vida útil de sólo tres años. Sin embargo, hasta ahora, el "Wukong" de seis años todavía mantiene una vitalidad fuerte y abundante. continúa brindando a la humanidad una visión de las profundidades del universo.

En la actualidad, el "Proyecto Piloto de Ciencia Espacial" ha lanzado con éxito siete satélites científicos. El Centro Nacional de Ciencias Espaciales de la Academia de Ciencias de China-Centro de Control y Operación Integrada de Satélites Científicos es el "gran ama de llaves" terrestre de estos satélites científicos.

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

Satélite científico "control remoto"

En las primeras horas de la mañana de diciembre El 17 de enero de 2015 se lanzó el satélite Jiuquan.

El sol todavía colgaba en el cielo y el cohete portador Gran Marcha-2D atravesó el cielo y envió el satélite "Wukong" a la órbita predeterminada.

En "Journey to the West", Monkey King, el Rey Mono, puede viajar miles de kilómetros con un solo salto mortal. También tiene agudos "ojos de fuego y ojos dorados", y el satélite "Wukong". Sin duda está a la altura de su reputación.

El satélite "Wukong", nombre completo del Satélite de Detección de Partículas de Materia Oscura, es uno de los primeros cuatro satélites científicos desarrollados por el Proyecto Líder Estratégico de Ciencia y Tecnología de Ciencia Espacial de la Academia China de Ciencias. El satélite de detección de partículas de materia oscura más amplio y con mejor resolución energética. El satélite es uno de los primeros cuatro satélites científicos desarrollados por la Academia de Ciencias de China. Orbita la Tierra cada 95 minutos y puede observar 5 millones de partículas de alta energía en el universo cada día.

Foto de archivo.

"Wukong" mide 1,5 metros de largo, 1,5 metros de ancho, 1,2 metros de alto y tiene un peso total de 1,85 toneladas. En términos de volumen, no es mucho más grande que una mesa. No lo subestimes, "Wukong" lleva casi 80.000 pequeños detectores en su pequeño cuerpo. Son los "ojos de fuego" de "Wukong" y el objetivo de detección es todo en el universo. El objetivo es la materia oscura, que constituye más de una cuarta parte del universo pero es invisible para los humanos.

Por supuesto, lo que "Wukong" recoge y detecta no es la materia oscura en sí, sino los rayos gamma de alta energía, los electrones y los rayos cósmicos producidos por la colisión de partículas de materia oscura. Evidencia indirecta 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. Al sobrevolar 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 transmitirán a tierra a lo largo de este canal y se agregarán al Centro de Control de Operaciones Integradas para Satélites Científicos (IOCS) 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 podía mejorar la pertinencia de la operación y la gestión, tenía deficiencias como la baja eficiencia en la asignación de recursos y la insuficiencia. disfrute de los datos.

El Centro Nacional de Ciencias Espaciales de la Academia de Ciencias de China (NCSAS) es la unidad general del principal proyecto de ciencia espacial de la Academia de Ciencias de China. Además de "Wukong" y "Mozi", tiene. También lanzó y operó con éxito satélites científicos en órbita. "Wukong", "Mozi", "Xi Shi No. 10", "Hui Yan", "Tai Chi No. 1" y "Huairou No. 1", así como el "Satélite Científico del Desarrollo Sostenible No. 1", han han sido incluidos en la gestión del plan especial Shi Shi No. 1", "Huiyan", "Taiji No. 1" y "Huairou No. 1", así como el "Satélite Científico del Desarrollo Sostenible No. 1" 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 brindar soporte y garantía para 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 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 hay "cables" que conecten el cielo y la tierra, la velocidad de los datos de enlace descendente del satélite no es lenta y puede alcanzar de 150 a 300 megabits por segundo, con un pico que incluso alcanza los 1.600 megabits por segundo. El futuro será aún más impresionante. El primer paso en el procesamiento de estos datos es el centro de datos.

Al gestionar varios satélites al mismo tiempo, el centro de datos recibe una enorme cantidad de datos cada día. Sólo el satélite "Wukong" descarga alrededor de 16 GB de datos científicos sin procesar a la Tierra cada día. Estos datos sin procesar no se pueden utilizar directamente para investigaciones y análisis científicos y deben ser procesados ​​por el centro de datos para que los científicos realicen investigaciones posteriores.

"¡No se puede perder cada dato científico!" El trabajo diario del personal del centro de datos, Ma Fuli, implica lidiar con estas "cadenas de código" a los ojos de los extraños. Después de recibir los datos científicos originales, primero descomprimió y extrajo el paquete de fuente de datos válido para confirmar que no faltaban fragmentos de datos, y luego realizó una serie de procesos como clasificación, corrección de tiempo, conversión física y solución de parámetros para garantizar que Los productos de datos científicos producidos fueron completos y correctos. Actualmente, la tasa de precisión del procesamiento de todos los datos científicos satelitales en órbita administrados por el centro de datos alcanza el 100% después del aterrizaje.

Una vez que los productos de datos científicos se produzcan correctamente, Ma Fuli también distribuirá los productos a los usuarios científicos de diferentes satélites y guardará simultáneamente los datos originales y los productos de datos de 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 disperso de datos científicos satelitales no favorece la gestión eficiente y la aplicación abierta de datos científicos, y es inconveniente para que los científicos utilicen. 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 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, realizando procesamiento automatizado 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. Aquí puede buscar en línea datos científicos de misiones especiales de satélites piloto de ciencia espacial. Con el aumento del 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 rascacielos. Cuanto más fuertes y sólidas sean las bases, más y más brillantes podrán ser las perlas de la corona de la ciencia". Dijo Zou Ziming.

Respuesta rápida "Escolta"

Los satélites que viajan en el espacio no siempre navegan sin problemas. De hecho, se enfrentan a amenazas desde el espacio en todo momento. Los desechos espaciales, las tormentas cósmicas, las partículas de alta energía... pueden afectar el funcionamiento normal de los satélites, y es el centro de la misión el que garantiza el funcionamiento normal y estable de los satélites y puede comandar las acciones de los satélites.

"El centro de misión es el principal departamento responsable de garantizar el funcionamiento seguro, fiable y eficiente de los satélites científicos espaciales en órbita." Zou Ziming presentó que entre semana, el centro de la misión es como el "médico de salud" del satélite, siempre monitorea el estado de salud del satélite y utiliza nuevas tecnologías como la inteligencia artificial y big data para evaluar y predecir el estado futuro del satélite. satélite tanto como sea posible, para tener en cuenta que hay varios.

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 construido un "perfil de salud del ciclo de vida" de satélites y cargas útiles.

Cuando los satélites llevan mucho tiempo en órbita es inevitable que desarrollen "enfermedades menores", por lo que cuanto antes mejor, mejor. Sin embargo, el "diagnóstico espacial" no es fácil. Encontrar con precisión la "lesión" en un corto período de tiempo y "curarla con medicamentos" requiere una gran cantidad de conocimientos teóricos y operatividad.

En mayo de 2021, el satélite "Wukong" entró en el modo de funcionamiento de "sombra larga". Cada vez que el satélite realiza una revolución, entrará en una 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 de "sombra larga", es necesario ajustar la estrategia de consumo de energía del satélite; de ​​lo contrario, la carga útil no podrá funcionar debido a una energía insuficiente.

El centro misionero ya se ha preparado para esto. Ya en 2018, formularon un plan de eliminación de carga útil del satélite "Wukong" específico. Para esta eliminación en modo "Long Shadow", Bai Meng, un ingeniero senior del centro de misión, y sus colegas se pusieron en contacto con la unidad de desarrollo de satélites y la unidad de carga útil lo antes posible para confirmar el plan de eliminación de manera oportuna.

Los comandos de cadena hexadecimal son el lenguaje utilizado por el centro de misión para comunicarse con los satélites. Carga de energía, inicialización, restauración del 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 a "Wukong" a través del "cerebro de enlace espacio-tierra"! El "cerebro" de "Wukong" se transmite a través del vínculo entre el cielo y la tierra. Cientos de instrucciones cargan y ajustan "Wukong" al estado de funcionamiento más reciente para garantizar que pueda continuar y realizar de manera estable tareas de observación científica.

Cuando los recursos de control y medición terrestre y satelital son suficientes, el centro de la misión puede lograr una "respuesta minuciosa" en el control de los satélites. Esto es extremadamente importante para los satélites científicos. Una vez que ocurre un evento científico oportunista que no está incluido en el plan de observación diario y se requiere una observación temporal de emergencia, el centro de la misión debe cargar rápidamente instrucciones para ordenar al satélite que cambie su actitud y apunte a la observación. objetivo.

Cuando el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferencia Auroral y el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Virgo descubrieron por primera vez el evento de ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones a través de la "respuesta minuto", el primer X espacial de China ¿Cometa "Ojo" del satélite de astronomía de rayos? "El evento fue monitoreado con éxito. Este es el primer satélite de astronomía de rayos X espacial de China.

Foto de archivo.

A las 0:58 del 18 de agosto de 2017, "Wisdom Eyes" 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. Después del análisis de los datos, los científicos descubrieron que puede haber un estallido 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 observaciones en dos pequeñas áreas del cielo". El centro de la misión completó rápidamente la recepción, revisión, preparación del comando, inversión del comando y revisión del plan científico en 10 minutos.

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

A las 2:44, el cometa 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 para el evento.

El control fluido del proceso garantiza que los científicos puedan obtener datos de primera mano lo antes posible y realizar investigaciones científicas rápidamente. Esa noche, el centro de datos proporcionó un total de 1.059 productos de datos científicos durante el evento, con un total de 23,17 GB.

Las observaciones de "Wisdom Eyes" han hecho importantes contribuciones a una comprensión integral de los mecanismos físicos de los eventos de ondas gravitacionales y los destellos de ondas gravitacionales. Su excelente desempeño se debe al sólido soporte de la 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 del Proyecto Piloto de Ciencia Espacial II, el satélite espacial de monitoreo de fuente variable espacial multibanda y el satélite de detección Einstein que se planea lanzar tendrán la capacidad de cargar datos instantáneamente a través del sistema "Beidou". Esto mejorará en gran medida la capacidad de respuesta a emergencias del centro de control de operaciones.

Cultivar "cuidadores" médicos y sanitarios

¿Cuánto tiempo pueden funcionar los satélites en el espacio? Ésta es una explicación económica además de científica.

Un satélite científico es un dispositivo con múltiples sistemas trabajando juntos. Al comienzo del proyecto, los científicos establecerán un período de "vida" basado en los objetivos de la misión científica que el satélite debe completar, y la unidad de carga interna se diseñará y fabricará de acuerdo con este estándar.

Alargar 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, podrá ahorrar significativamente los costos de observación después de que su servicio en órbita exceda la vida útil esperada. Cuánto tiempo un satélite puede seguir funcionando sanamente después de superar su vida de diseño depende más del seguimiento, gestión y garantía del sistema terrestre para ampliar al máximo su tiempo de trabajo.

Después de sopesar los pros y los contras, cuando se construyó el "Wukong", la misión se limitó a tres años y el coste real fue mucho menor que el de detectores extranjeros similares.

Si los satélites pueden extender su vida orbital requiere una evaluación y revisión rigurosas por parte de expertos técnicos. Después de tres revisiones de extensión de vida útil de "Wukong", el tiempo de trabajo real en órbita ha alcanzado el doble de la vida útil de diseño y su evaluación general del índice de estrellas 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 llevó al extremo, desde el diseño del satélite y la gestión de carga hasta cosas tan pequeñas como un tornillo y una soldadura.

¿En qué circunstancias se considerará que un satélite no puede seguir funcionando? La evaluación se divide en dos niveles. En primer lugar, si se logran los objetivos científicos del satélite, entonces se cumplirá su misión. Si el satélite permanece en órbita durante mucho tiempo y se "enferma" cada vez con mayor frecuencia, o incluso sufre fallas permanentes, entonces el satélite y la carga útil se considerarán no aptos para continuar funcionando, y el período de la misión llegará a su fin. fin. 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 envejezcan.

En los últimos 6 años, el rango de fluctuación de cada carga útil de "Wukong" ha sido extremadamente pequeño y el estado de funcionamiento 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.

El trabajo continuo en órbita de "Wukong" ayudará a los científicos a utilizar de manera constante datos científicos, realizar investigaciones científicas más sostenidas y profundas 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 sujeto a muchas condiciones. La cuestión más crítica es que debe haber diferencias sutiles entre los diferentes instrumentos. El uso del mismo instrumento para observaciones continuas puede minimizar estas diferencias y proporcionar datos científicos estables, de alta calidad y a largo plazo para la investigación científica. Muchos telescopios terrestres tienen períodos de observación que abarcan décadas.

"Wukong", de 6 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 se extraen de sus datos de observación. La precisión es muy alta y es cada vez mayor, lo que significa que nuestro país se ha convertido en uno de los principales investigadores del mundo en investigación de detección de partículas espaciales de alta energía.

Basándose en los datos de observación a largo plazo de "Wukong", los científicos chinos descubrieron que el espectro de energía de los electrones de los rayos cósmicos de 1,4 billones de electronvoltios produjo un "punto de inflexión" que nunca ha sido observado por los humanos. La estructura del espectro de energía "primero hacia arriba y luego hacia abajo" recientemente descubierta indica que puede haber una fuente desconocida de rayos cósmicos, y esta fuente desconocida de rayos cósmicos debe ser aclarada mediante investigaciones posteriores.

Observación espacial "Yuanwangren"

Cuando los satélites científicos en órbita se encuentran con eventos grandes o pequeños, deben confiar en la gestión del equipo del centro de control de operaciones como el número de satélites en órbita. aumenta, Con el aumento, también aumenta la presión sobre la operación y la gestión. 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 diferentes necesidades de soporte de satélites, formando un sistema técnico de "plataforma pública pública + complemento de misión". ". En el futuro, la operación y gestión de los satélites recién lanzados sólo requerirá una transformación adaptativa del sistema existente y nuevas investigaciones sobre una pequeña cantidad de software especial, lo que ahorrará grandes recursos y costes.

Zou Ziming dijo que para futuras misiones de exploración del espacio profundo, debido a 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 científicos espaciales en órbita en mi país, el centro de control de operaciones necesita adoptar inteligencia artificial, aprendizaje automático, big data, plataforma en la nube y otras tecnologías a gran escala para facilitar la operación y el control diarios de Satélites científicos 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. La empresa también promoverá el intercambio de recursos de datos y herramientas de software para permitir que valiosos satélites científicos y datos científicos desempeñen un papel más importante.