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最近，航天界居然被一部都市爱情剧刷屏了。

在《你是我的荣耀》这部剧中，杨洋饰演的男主于途是一个心怀梦想的航天设计师。在前往西北卫星测控中心抢救JX-1号卫星的剧情里，涉及到了大量的航天专业知识。

当中心领导脱口而出：“赶紧做仿真验证”，瞬间触发我这颗新生代农民工雷达：

开多少核？

要做多久？

要排队吗？

来得及吗？

要上云吗？

……

错了，是这张：

仿真立功！卫星拯救大作战

事情是这样的：

卫星发射之后，需要时不时地给地面发射信号，报告自己的状态。

但是在某天夜里飞过我国地面监控站范围的时候，地面站没有收到JX-1的信号。

地面站主动联络了卫星，也没有得到回复。

换句话说，JX-1失联了。

两位JX总体设计师——于途（杨洋）和关在（潘粤明），被紧急召到西北卫星测控中心处理问题。

卫星失联有很多原因，会上一时也没讨论出个所以然。

回到酒店后，老潘已经累到躺平，杨洋不肯放弃并顺利开启了主角光环，在查阅了相关资料后，认为卫星故障可能是太阳风暴引发的高能粒子所造成的。

两人立马半夜赶回中心继续开会。在中科院空间所确认卫星故障的时刻与发生太阳风暴的时间重叠后，中心领导指示相关人员立刻去做仿真验证，确认事故原因。

两个半小时后。仿真结果出炉：JX-1卫星轨道和太阳风景导致高能电子暴范围的确是匹配的，可能有粒子打进了两台测控应答机的内部，使应答机产生了故障，进而影响了整颗卫星的通信系统。

故障原因确定了，接下来就是一系列抢救措施：

1、应答机的接受指令功能使用模拟电路搭的，不受高能粒子影响，盲发重启指令重启卫星应答机恢复通讯；

2、发现卫星耗电过大，关闭非必要单机以节省电源；

3、进一步发现无法控制卫星姿态和轨道，切换到备份控制器；

4、切换成功后调整姿态，展开太阳能充电板对准太阳定向充电（这一条据说是BUG）。

卫星满血复活，撒花。

从69天的太空营救到“数字太空”

现在的西安卫星测控中心，有一套我国研发的 “数字卫星”系统。系统中，太阳能帆板、推进器、应答机，甚至是一颗小小的螺丝钉，都能通过可视化、数字化的方式模拟仿真出来。

图源：航天五院总体设计部官方宣传片

这套系统的研发，就是因为15年前的一次“太空营救“。

我国某颗遥感卫星突发故障，在太空中急速翻滚，与地面的联系时断时续。出事的卫星远在太空，看不见摸不着，只有海量的、碎片化的遥测数据。前一天完成的数学模型，第二天就会发现完全错乱。

西安卫星测控中心的技术团队通过整理收集海量卫星平台、遥测数据，以及多年抢救卫生的实际案例，在计算机中大量模拟仿真复现了卫星上的故障，并进行了针对性修复。

经过整整69天的“太空营救”，顺利让卫星“起死回生”。

从此，开启了“数字卫星”系统的研发。

现在，我们的视野已经从小小的卫星拓展到了整个宇宙空间，通过研究大规模实体仿真推演计算框架，构建卫星、测控站、望远镜和雷达等实体数字模型，通过系统集成形成“数字太空”系统。

仿真不总是扮演航天“救火队长”的角色

2019年12月27日，“实践二十号”卫星在中国文昌航天发射场搭载长征五号遥三火箭升空。

卫星发射前，西安卫星测控中心的工程师们便通过多种最优化方法，仿真计算了火箭将卫星送到不同远地点高度下的10余份方案预案。

卫星上天之后，他们还要通过仿真计算出在卫星当前的轨道状态下，怎样才是最节省燃料的变轨策略，确保卫星准确完成变轨，并尽可能延长卫星的工作寿命。

针对日益增多的空间物体，在轨卫星在进行变轨机动时，需对大量空间物体进行高精度的轨道预报计算，以预防在轨航天器与其他空间天体的碰撞。

图源：航天五院总体设计部官方宣传片

而在今年发射的“天问一号”火星探测器的背后，也有着仿真的贡献。在“天问一号”升空、下降和行星表面巡视等阶段，航天器外部温度、气压、风速等参数的复杂变化，对航天器壁面压力的承受能力、不同位置表面压力分布状况的精确计算等提出了很大挑战，甚至会对航天器内部仪器的正常运转产生不利影响。

为什么要仿真，做实验它不香吗？

实验和仿真是认知世界的两种方式。

仿真是建立在一定的数理模型基础上，是把现实的空间和时间分割成很小很小的单元，然后在这些很小的单元里，一次次反复求解线性关系。

而实验永远不可能做到对现实百分之一百地模拟。尤其是航天仿真，太空离我们实在过于遥远，看不见摸不着。

在兼顾成本和可行性的前提下，仿真就成了很好的认知世界的方式。

现在通过仿真，我们可以做很多事情：

我们可以对宇宙进行建模，对宇宙进行观测，了解宇宙的加速膨胀；

我们可以模拟地球周围的磁流体动力学，根据太阳风预测行星侧扰动。

我们正在接近人类进行太空旅行和太空探索的另一个黄金时代。

图源：航天五院总体设计部官方宣传片

下一步征程，是太阳

我国在太阳探测卫星方面一直缺席，第一颗综合性太阳探测卫星——先进天基太阳天文台（ASO-S）预计于2022年发射，其设计目标是揭示太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射的形成与相互关系。在夸父追日、后羿射日、金乌负日等古代神话传说之后，科技的发展让我们终于有机会看到更加真切的太阳。

在中国空间站上看日出，来源CCTV

半个多世纪来，仿真技术支持着人类航天事业，从绕地轨道到月球，到火星，到冥王星，再到无限遥远的深空。

我们已经造出了见过最多星星的兔子。

千百年来眺望的星空，正等待我们前往探索。

就像剧里说的——

在茫茫宇宙中

寻找地球和人类起源的真相

在无穷无尽中

寻找另一个神迹存在的可能

证明人类不孤单

图源：中科院中国科普博览

– END –

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