数字冰雹数字孪生技术助力嫦娥五号探月任务

digihail2016 · 发表于 2020-12-4 17:59:09

2020年11月24日4时30分，长征五号遥五运载火箭在海南文昌航天发射场点火升空，顺利将嫦娥五号探测器送入预定轨道，开启我国首次地外天体采样返回之旅。嫦娥五号探测器成功着陆月面后，开展了太阳翼展开、机构解锁等相关准备工作。经过约19小时月面工作，探月工程嫦娥五号探测器顺利完成月球表面自动采样，并已按预定形式将样品封装保存在上升器携带的贮存装置中。
在采样任务中心的监控大屏上，数字冰雹为航天五院提供的“采样封装可视化监测系统”正实时运行着，为嫦娥五号航天器采样封装工作全过程监控提供技术支撑。

探月工程三期是我国探月工程重大科技专项“绕、落、回”三步走战略的最后一步，将实现月球采样返回。嫦娥五号任务的科学目标主要有两个方面：一是开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察，获取与月球样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系；二是对月球样品进行系统、长期的实验室研究，分析月壤的结构、物理特性、物质组成，深化月球成因和演化历史的研究。此次任务过程中一系列新技术、新产品的应用和实践，将为我国后续深空探测技术的发展积累和沉淀出宝贵经验。

数字孪生技术助力嫦娥五号探月任务
嫦娥五号任务是我国迄今最复杂、难度最大的航天任务之一。作为探月三期工程中最核心的一个任务，也是此前中国航天探测器从未在实践中试验过的一个环节，如何在月球采集到尽可能多的月壤样本并且封装好？是本次任务研制的重点。为此，数字冰雹为航天五院提供了“采样封装可视化监测系统”，对嫦娥五号航天器进行了数字孪生三维仿真，并通过加载遥测数据，实现航天器工作状态监测、点云数据监测、多维遥测数据可视化分析等功能，助力用户实时掌握月表采集情况，为用户开展月表形貌探测和地质背景勘察任务提供有力支持。

(一) 采样封装过程数字孪生仿真验证
嫦娥五号通过钻取、表取两种方式，在月面进行采样。嫦娥五号随身携带的钻取采样装置、表取采样装置、表取初级封装装置和密封封装装置等，是完成采样封装工作的重要部分。
数字冰雹为航天五院提供的“采样封装可视化监测系统”，通过精细化三维模型，对嫦娥五号航天器的外观材质以及机械臂、钻取机构、密封封装装置等复杂机械结构进行真实复现；通过集成航天器回传的各关节转角实时数据，真实驱动机械臂、钻取机构、密封封装装置工作姿态变化，并对机械臂末端位姿数据、钻取机构电机转速、驱动电机电流、力传感器和温度、密封封装装置电流电压等遥测数据指标进行可视化分析，一旦出现位姿差异超限、遥测值超限等异常情况，系统便自动进行可视化告警，辅助用户实时掌握嫦娥五号工作情况，为采样决策和各环节操作提供了科学依据。

（二）月球地表场景数字孪生复现
着陆点区域形貌探测和月球地质背景勘察是在嫦娥五号探月任务的重要内容，“采样封装可视化监测系统”可实时抓取航天器相机成像数据，在监控中心大屏进行实时展示，辅助用户实时抓取月表图像；并通过前端采集的遥测数据，真实精确的构建月球地表场景，通过丰富的可视化分析手段，对采集到的遥测数据进行多维度并行分析，助力用户精确掌握月表地形信息，为科学分析研判提供决策支持。
（数据已脱敏-月球地表环境数字孪生）

十余年技术深耕，助力航天事业
秉持着对航天军工事业的热爱，数字冰雹十余年来深耕航天军工可视化技术领域，先后参与了多个国家航天科研项目——暗物质卫星“悟空” 数据监测可视化、量子实验卫星“墨子”数据监测可视化、长征五号发射任务可视化...基于数字冰雹成熟完善的可视化产品平台，不仅实现了项目的高效建设，还实现了高度的灵活性，根据用户的业务需求变化便捷高效地进行修改调整，修改操作所见即所得，为用户的业务应用提供了充分支撑，实现了项目的高效、高品质交付，获得了客户的一致好评。

（一）暗物质卫星“悟空” 数据监测可视化
2015年12月成功发射的暗物质粒子探测卫星，简称悟空号，是中国科学院空间科学战略性先导科技专项中首批立项研制的4颗科学实验卫星之一，是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。“悟空”探测任务的卫星态势监控和数据管理监控两套可视化系统，均由数字冰雹提供。通过对卫星的位置、运行轨迹，高能粒子经过探测器的三维“着火图”，综合全面呈现卫星运行态势；并对数据处理过程、探测事例统计、内部流转进行实时监测分析，对空间环境探测器、能谱图、光变曲线等进行高效呈现。“悟空”每天传回约16G数据量，庞大的数据面前，数字冰雹可视化系统辅助科学家挖掘数据背后的规律与价值，探索宇宙的秘密，直观了解卫星的实时运行态势。

（二）量子实验卫星“墨子”数据监测可视化
全球首颗量子通讯实验卫星“墨子号”，是中国科学院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一，于2016年7月16日凌晨从酒泉卫星发射中心升空。
数字冰雹担任了“墨子号”量子通讯实验运行监控平台的设计开发工作，针对量子实验的星地协同过程，构建了全面展现科学实验流程与状态的天地一体化运行监控系统，通过对卫星运行数据，运行姿态、轨道信息、实验状态等关键数据进行可视化监测，完整的呈现科学实验的工作步骤与工流程，实时监控量子卫星的载荷。

（三）长征五号发射任务可视化
数字冰雹承担了长征五号首飞任务的可视化项目，对长五箭体及内部系统的结构、发射厂区以及火箭垂直总装运转过程、点火发射以及飞行过程数据进行精细呈现，对助推分离、整流罩分离，到一二级分离、末修调姿，再到上面级与基础级分离等全过程进行全面呈现。

航天强国，科技助力
基于在航天军工领域的多年积累，数字冰雹不断打磨我们面向航天军工领域的可视化决策产品，现已实现海量数据资源整合，作战情报数据的可视化显示、分析、监测、指挥研判，实时动态的战役级/战术级可视化监测、海陆空天电一体化战场环境仿真、多军兵种联合作战态势感知等丰富功能。可广泛应用于作战指挥显示、作战推演/论证、模拟训练教学、装备论证、汇报观摩、战例分析、作战任务规划、智慧营区管理、战场视景仿真等领域。

数字冰雹作为大数据可视化行业领军企业，将继续深化科技创新，打造更加专业、科学、高效的可视化决策平台，以科技的力量，助力国家航天事业发展

数字冰雹对中国航天事业的热爱
凝结在一个个航天可视化产品之中
中国由航天大国向航天强国迈进之路
有我们一路相伴！

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