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2025-07-27 0
有态度的思想者
在火星与木星之间,一颗国际编号为11139的小行星,以每秒23.12公里的速度遨游。
如今,国际天文学联合会将这颗11139小行星永久镌刻上了一所青岛高校的名字,命名为“青岛理工星”。
青岛理工大学也因此成为全省首所拥有专属小行星命名的省属高校。
这份来自宇宙的“永久荣誉”,为何花落这所省属高校?
这背后不得不提的一个人,正是青理工赵正旭教授。从机械工程到计算机科学,赵正旭率领团队开创了我国航天测控实时三维可视化技术的先河,让宇宙深空从“看不见”到“看得清”。
团队研发的系统已经深度嵌入我国航空航天发射工程,服务了50余次国家载人航天、探月工程及深空探测工程。以赵正旭团队为核心的青岛航天科技力量,正为中国迈向航天强国提供重要支撑。
01
让航天器从“看不见”到“看得清”
飞船等航天器在太空中遨游,其实是“孤独的旅途”:因为距离远超过人肉眼可见的范围,所以我们在地面控制中心根本不可能看到其飞行实况,更别说看到飞行姿态和角度。
飞行器在深空运行过程中是有轨道的,但这是一条通过数学算出来的理论轨道——与实际运行轨道之间可能有误差。
过去,我们只能通过数字分析推测运行状态,意味着测控过程不透明,地面的人无法实时“看”到深空的情况,给处理突发紧急情况带来了难题,也不便于公众了解和媒体报道。
就像开车需要一个导航画面,地面控制人员也急需一套能让所有人都看得见、看得懂的测控系统。
2008年,拥有机械工程学科基础、又率先从事计算机科学研究的赵正旭,牵头组建了创新团队,一头扎进了航天测控可视化技术攻关中。
彼时,国内航天测控可视化领域刚刚起步,技术和人才基础都接近于无——
技术上不成体系,也没有标准规范指引,更别说自主知识产权,只能将碎片化的技术进行体系化整合;
人才也没有根基,多数成员甚至没接触过可视化技术,用初始成员之一,现青岛理工大学机械与汽车工程学院副院长郭阳的话说,“轨道根数”“姿态四元数”,这些航天术语听起来就像“天书”。
那是个炎热的夏天,实验室的建设和团队的组建同步开启,连接电缆期间连空调都没有。夜晚相对凉快,赵正旭就和团队一起通宵做实验。
夜以继日干了两个多月,我国航天工程第一个三维可视化平台的原型系统,就诞生在这里。
后来,这套系统在“实战”中持续完善,复杂的航天器轨道数据、姿态数据,在这个“转换器”中实时就能变成直观的三维图像。
什么叫“实时”?在这个系统中,航天器上雷达、光学相机等传回的数据,在0.1秒内就能完成“翻译”,并以画面的形式在大屏幕上呈现,可以说没有延时。
至此,地面控制人员的操控指挥有了更科学的决策支持,屏幕前的我们也对“飞天”有了更直观的感受。
这套系统让我国成为全球首个实现航天任务全程实时三维可视化测控的国家。
02
只要是航天工程,就得用到这套系统
2010年的国庆节,嫦娥二号发射成功,为我国后续探月着陆任务铺了路。
按原有的设计,嫦娥二号需要变轨13次才能进入目标轨道。但在实际发射过程中,其仅变轨7次就进入了目标轨道。这正是赵正旭团队研发可视化系统,首次在“实战”中取得的“惊艳”效果。
变轨次数少,就节省了大量燃料。在可视化系统的支撑下,发射任务完成后,工作人员利用剩余燃料,将探测器送到了地月拉格朗日L2点——这个地球和月球引力平衡的特殊位置。
在这里,探测器就像被“钉”住,可以保持相对地月的静止、实现长期驻留。这是亚洲国家在全球首次实现这一壮举,为我国为后续嫦娥四号月球背面探测打造了“中转站”。
在中国建设航天强国的“问天之路”上,这个具有完整自主知识产权的航天测控可视化系统平台,已经“嵌入”到我国航天发射技术体系中——只要是航天工程,就得用到这套系统。
比如,2021年,我国天舟二号货运飞船与空间站天和核心舱成功实现自主快速交会对接的时候,这套可视化系统就让亿万人见证了“太空穿针”的壮举。
空间交会对接是载人航天工程的三大基本技术之一,是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件,复杂度高、精准度高,对自主性和安全性要求都极高。
但在天舟二号与天和核心舱的交会对接中,无论是自主入轨还是交会对接,全程都是没有人工干预的“放手不管”。这是因为,地面的控制中心的三维实时航天可视化技术分秒不停地还原着飞船在太空的实时状态,尽管是在每秒8公里速度下进行5毫米精度的对接,也能“尽在掌握”。
从神舟五号到如今的神舟二十号,从嫦娥二号到嫦娥六号,以及天问一号、天问二号,赵正旭团队已计承担国家载人航天工程、探月工程及火星探测任务等50余次实时可视化飞行控制与指挥任务,保障了国家航天工程系列任务的精准实施和圆满完成,实现了历次航天任务“零失误”。
03
让“上天”的技术“普适”应用
当前,低空经济正大潮汹涌,产业对测控技术提出了需求。赵正旭团队也在致力于让“上天”的技术“普适”应用。
现在,这支擅长“上天”的团队正在与青岛相关部门探讨合作,希望将航天测控技术应用于低空领域。此外,在海洋监测、应急指挥、智慧城市建设、智能港口打造等方面,这套技术也可以探索普适化应用和落地。
今年,赵正旭已经65岁了。为航空航天事业奋斗了大半生,他依旧认为科研是没有尽头的。还要聚焦“空天报国”使命、紧扣区域产业布局,建平台、汇资源、育人才。
依托赵正旭团队,青岛理工大学牵头建设的山东省空间碎片监测与低轨卫星组网重点实验室、高端装备数字孪生与可视化遥操作山东省工程研究中心等创新平台,正联合头部企业突破核心技术、促进成果转化。
赵正旭带给学生的不只是学习知识,还能让他们参与到神舟飞船对接、嫦娥探月、天问探火等国家重大航天工程任务中。
实验室定位于服务国家载人航天、深空探测、空间碎片监测预警和低轨卫星组网等工程。
比如,对高速运行的航天器来说,哪怕是指甲盖大小的太空垃圾、空间碎片都有可能造成杀伤力。尽早发现、尽快预测、及时预警,团队正对太空10厘米以上的空间小碎片进行监测、编号。
工程研究中心则聚焦高端制造与新一代信息技术的融合,围绕数字孪生可视化与遥操作、装备数字润滑运维、装备智能监测与诊断等领域,进行技术攻关和产业赋能。
从最初的艰难探索到如今的成熟应用,从技术跟跑到全球领跑,赵正旭团队铸就了我国航天测控的坚实根基,为中国航天事业的稳步前行提供了关键技术支撑。
他们的付出和成就,不仅在国内得到广泛认可,也在国际航天领域赢得了尊重和赞誉。随着“青岛理工星”一起在浩瀚宇宙中闪耀的,是航天强国建设中的这股“青岛力量”。
记者|耿婷婷 编辑|赵笛摄影|杨琪琪 制作|宋尉嘉
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