大國重器，十年磨一劍

導語

北京時間2021年6月17日18時48分，中國航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進入天和核心艙，標志著中國人首次進入自己的空間站。自1992年中國政府制定載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略以來，中國航天技術迅猛發(fā)展，技術屢創(chuàng)新高，其中工程仿真技術以及GUI技術的應用，對提高研發(fā)效率、降低研發(fā)與制造成本、提高人機交互界面操作可靠性等方面做出了重要貢獻。下面，小優(yōu)就扒一扒天宮空間站背后的“中國黑科技”。

1空間輻射場仿真，評估宇航員的輻射風險

南京航空航天大學航天學院魏志勇教授領銜的“空間輻射環(huán)境探測及效應”課題組通過建立中國宇航員數(shù)字人體模型，結合已有的空間輻射場模型和在軌實測數(shù)據(jù)，采用計算機建模仿真的方法，研究空間輻射場在宇航員體內的輻射劑量，從外輻射場、內輻射場、損傷劑量等角度評估宇航員的輻射風險，并提出防護措施，為宇航員在軌工作的輻射安全保障提供支撐。

2電機聲學仿真，保障空間站低噪聲工作環(huán)境

21所新研的某款步進電動機是確保環(huán)控生保分系統(tǒng)中整個水處理循環(huán)系統(tǒng)能正常運行的重要件，最大的難點在于保證水處理循環(huán)系統(tǒng)正常工作的同時，還要保持噪聲控制，不能對宇航員的日常生活造成影響。通過與某聲學研究所進行合作，對噪音進行聲學溯源，通過技術調研、仿真分析與實驗驗證，并在幾個關鍵時間節(jié)點上加班加點，硬是在一個月內搶出時間，啃下了這塊“硬骨頭”。

3可靠性仿真，傳承“萬無一失”的工匠精神

素有“神箭”美譽的長二F火箭是目前我國唯一一型載人運載火箭，進行過多項技術改進，可靠性和安全性屢上新臺階。本次發(fā)射的長征二號F遙十二運載火箭在之前的基礎上，進行了109項技術狀態(tài)更改，將長征二號F運載火箭的可靠性從指標要求的0.97提升到0.9894，再次刷新了自身紀錄。

“在可靠性已經(jīng)相當高的情況下，再提升，難度可想而知。”航天科技集團一院長征二號F運載火箭總體副主任設計師秦曈說，每一處改進，都體現(xiàn)了研制人員對可靠性的不懈追求，背后都意味著無數(shù)次的理論分析、數(shù)學仿真和試驗驗證。

4動力學仿真，確保航天器精準“牽手”

對接機構綜合試驗臺運動模擬器的目標功能是模擬常溫與高低溫環(huán)境中空間飛行器在對接過程中的相對運動，用于航天器空間對接機構的研制、測試和鑒定試驗。該設備采用半物理仿真的方法，兼取數(shù)學仿真的靈活特性及物理模擬的真實性，實時模擬兩個飛行器在設定對接初始條件下的對接動力學過程。

5“中國大腦”，實時響應8毫秒

中國航天員入駐天宮空間站的畫面讓國人和世界震驚的不僅是天宮機械臂等全國產化硬件設備，另一個爆點是空間站設備的GUI界面也都是純中文界面。這是因為采用了我國自主研發(fā)的“中國大腦”——麒麟操作系統(tǒng)及其GUI系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實時響應精度達到了航天應用上嚴苛的8毫秒以內，而一般通用系統(tǒng)的實時精度最多能達到20至30毫秒。

為確保在復雜宇宙射線和高能粒子條件下高速硬件系統(tǒng)正常工作的能力，研制組開展了上百次仿真和實物驗證試驗，解決了高速電子線路抗輻照加固的難題。航天員著艙內航天服時，無法操作常見的電容式和電阻式觸摸屏，為此研制組設計了具有自主知識產權的GUI系統(tǒng)，開發(fā)了適應空間環(huán)境的紅外觸摸屏，使之不會出現(xiàn)死機、藍屏等現(xiàn)象。

6小優(yōu)點評

其實，除了以上“中國黑科技技”外，還有很多不便透露的“國家機密”。關于工程仿真在航空航天領域的應用，優(yōu)飛迪自2010年成立以來，一直響應著國家的需求與號召，在航空航天的輕量化設計、復合材料設計與優(yōu)化、電磁分析、飛行性能與空氣動力學分析、衛(wèi)星模型全自動化分析等方面擁有獨特的見解和解決方案及其開發(fā)能力，并一直在為中國航天事業(yè)增磚添瓦。