北航热防护材料项目的攻坚,终于在十二月中旬取得了决定性的进展。
张诚构建的跨尺度模型,在经过数轮与实验数据的反复校验和参数微调后,成功地将关键性能(热导率衰减与抗热震临界温差)的预测误差,从之前的数量级差异,降低到了百分之三十以内。这个精度虽然仍未达到完美,但对于材料设计的初期筛选和方向性指导而言,已堪称突破性的进步。
赵刚教授在最后一次项目总结会议上,毫不吝啬他的赞誉:“张诚,你这个模型,等于给我们装上了一副‘望远镜’!虽然看的还不是完全清晰,但至少让我们知道该往哪个方向使劲了,避免了大量的盲目试错!了不起!”
项目组一致同意,在后续基于该模型指导、成功制备出优化材料并完成实验验证后,相关的理论工作将撰写成文,届时张诚作为核心理论贡献者,将获得应有的作者署名。
【成功介入并解决“新型热防护材料多尺度设计”项目核心理论难点,任务进度(4/5)。阶段性贡献评定中……】
系统提示音在脑海中响起,带着一种令人安心的节奏感。四项目标已然达成,只剩下最后一座堡垒需要攻克。
时间已迫近年关,燕园里的节日气氛渐渐浓郁,但对于张诚而言,最后的冲刺才刚刚开始。他没有给自己任何喘息的机会,几乎在北航项目告一段落的当天,就立刻启动了第五个,也是系统任务期限内最后一个项目的遴选。
他的目光,最终锁定在了一份来自冰城哈尔滨工业大学的项目申请上。这个项目的气质,与前四个又截然不同,带着一种共和国长子的厚重与直面国家重大需求的锐气。
项目名称:复杂在轨服务任务中,非合作目标航天器的自主接近与安全交会相对导航算法研究
牵头单位:哈尔滨工业大学 航天学院
项目难点:在太空碎片清理、失效卫星维修等任务中,目标航天器(非合作目标)可能处于翻滚等非控状态,且无法提供有效的合作标记信号。项目组基于视觉与激光雷达等多源信息融合的相对导航算法,在目标姿态剧烈变化、光照条件复杂、以及存在部分遮挡的情况下,存在跟踪丢失、定位精度急剧下降甚至发散的风险。核心问题在于缺乏一种强鲁棒性的状态估计器,能够有效处理强非线性、非高斯噪声以及观测野值(outlier)的联合影响。
接触状态:项目负责人(哈工大航天学院副院长,陈建国教授)态度极为重视,已明确表示此为国家级重点项目子课题,急需理论突破,并邀请尽快进行深入交流。
视频会议接通,背景是哈工大航天学院颇具特色的实验室场景,墙上挂着卫星模型和轨道示意图。陈建国教授年约五旬,身材挺拔,眼神锐利如鹰,带着军人般的严谨与干练。
“张诚同学,欢迎你关注我们这个‘硬骨头’项目!”陈教授的声音洪亮,透着东北人特有的豪爽与直接,“我们搞航天的,最怕的就是‘差不多’。天上掉链子,那是要出大问题的!现在的导航算法,在地面仿真还行,一上天,遇到复杂情况,就容易‘懵圈’。我们需要一个理论上更扎实、更‘抗造’的滤波或者状态估计框架,你能搞定不?”
张诚能感受到对方话语中沉甸甸的责任感和紧迫性。他沉稳地回答:“陈教授,我不敢保证一定能解决,但我对非线性估计和鲁棒控制理论有一些研究。能否请您详细介绍一下当前算法在哪些具体场景下失效最严重?以及失效时,观测残差和状态估计误差的具体表现?”
陈教授对张诚的问题导向风格非常欣赏,立刻示意旁边的技术负责人调出详细的故障分析报告和数据曲线。他们重点指出了在目标以特定角速度翻滚,且星体表面部分结构(如太阳能帆板)对传感器造成间歇性遮挡时,传统的基于扩展卡尔曼滤波(EKF)或无迹卡尔曼滤波(UKF)的算法,会因线性化误差累积或采样点策略失效,导致姿态估计发散,最终使追踪任务失败。
“本质上,这是一个高度非线性、非高斯的贝叶斯估计问题。”张诚迅速做出了判断,“传统的卡尔曼滤波系列方法,在处理这种强非线性和厚尾噪声(由遮挡和野值引起)时,理论基础已经显得不足。”
他提出了一个大胆的方向:“或许,我们可以考虑完全跳出卡尔曼滤波的框架,尝试基于粒子滤波(Particle Filter) 或者更现代的、基于随机微分方程(SDE)和Fokker-Planck方程的直接数值求解方法,来构建状态估计器?虽然计算量会增大,但理论上能更完整地描述系统的概率演化。”
会议室里沉默了片刻。粒子滤波以其处理非线性和非高斯问题的能力着称,但巨大的计算负担一直是其在航天器实时导航中应用的“阿喀琉斯之踵”。
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