重生科技学霸 (疯子C)

　　很多人指责航天工程劳民伤财，实际上却不知道，航天工程看似只是烧钱，没什么产出，而实际上其回报是极其惊人的。航天工程的回报，不是说它具体产出，而是它带来的影响力，包括社会影响力、凝聚民族自信心和民族自豪感、促进科学进步等等。比如，探月工程总设计师吴伟仁表示，我国1100多种新型材料中的80％是在空间技术的牵引下研制完成的，有2000项空间技术成果已应用于国民经济各个领域，如卫星通信导航、气象预报等。
　　根据科学研究，华夏航天产业的直接投入产出比是1：2，而相关产业的辐射可达到1：8～1：14，也就是说在航天领域每投入1元钱就会产生8～14元钱的回报。
　　航天工程看似离百姓生活很遥远，其实，早已飞入寻常百姓家，改变着我们的生活，比如，尿不湿、气垫鞋、脱水蔬菜等，就是液气分离、空气压力、食品脱水航天科技应用到生活中的体现。
　　对于航天工程，秦元清也是很支持的。实际上水木大学的航天学院，可不仅仅是培养学生，同时也参与了航天工程的科研任务，为华夏航天工程做贡献。
　　华夏航天工程各个领域，也多有水木人的参与。
　　了解了一下嫦娥四号的任务、构思，秦元清也就明白了，实际上嫦娥四号与嫦娥三号差不多，都是属于探月工程中‘绕、落、回’中第二步，而不像嫦娥五号那般是属于第三步，不但需要落，还要回！
　　要说不同，就是嫦娥四号采用的探测仪器更加先进，而且软着陆地点不是在月球正面，而是在地球背面。
　　秦元清获得一整套基本信息，相比起当初，经过这么多年的探月，华夏也积累了不少技术和相关成果，对于地球、月球、地月之间的了解更多了。
　　秦元清也必须按照探测器发射升空、绕地球轨道运行、地月跳跃、绕月运行、以及着陆准备轨道后登月软着陆。
　　在这一个过程，因为受影响的力、本身自身的质量、速度都不一样，计算依据也会有很大变化。比如单单说嫦娥四号进入着陆准备轨道后，需要在月球背面的近月点进行动力下降。整个动力下降过程又会分为6个阶段，分别是主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段、缓速下降段。
　　六个阶段，那就意味着需要六套不同的系统参数。
　　可想而知其中的计算工作量，简直是大得难以想象。
　　而且这事，其他人员都是只能学习，帮不上秦元清什么太大的忙，整个计算工作量、包括建模都得秦元清来进行。
　　就说这个计算，现有的航天领域知识和数学知识，很多根本就没有，属于空白的，需要秦元清去创造，与其一点一点的去教，还不如自己亲自来做来得快。
　　等到做好以后，其他人再根据成果，去研究、分析、学习。
　　秦元清也是没有时间，去当老师，花几个月甚至几年时间，去教导这一大批学生。
　　结果就是，秦元清如同一个工作狂一般，他所作的事情，在探月工程这里具备一大批高学历的研究人员，博士比比皆是，甚至院士都有不少，结果愣是看不懂秦元清所做的，看到秦元清在草稿纸上不断画鬼符，他们看得一头雾水。


第四百一十一章 落月计算和模型
　　不知不觉中，秦元清已经在开始从绕月轨道到软着陆这个阶段的计算工作量。
　　首先，是第一阶段的主减速段。
　　秦元清根据数据中的嫦娥四号构型特点，在此基础上建立了小型月球探测器的导航、制导与控制系统工作模型和质心、姿态动力学模型。模型中考虑了各个发动机推力偏心、偏斜产生的影响，并考虑了制导、导航与控制分系统离散的工作特性。
　　然后，对末端水平速度约束条件下的主减速段制导律进行了研究。
　　利用开普勒轨道的轨道参数与末端运动参数的对应关系，将末端运动参数约束转化为轨道参数约束，从而将轨迹规划问题转化为有限推力变轨问题，进而通过最小二乘修正方法得到制导律。
　　接下来，对末端高度约束条件下的主减速段制导律进行了研究。
　　随后，建立制导惯性极坐标系下的动力学方程，将目标约束量作为状态量，使用伪谱法可以方便地求出一些参数的数值。
　　在此基础上，针对给定发动机的配置，研究了主减速段航程的取值范围，并研究该范围内的轨道特性，以四元数作为参数，并引入偏差四元数，构造拟欧拉角以消除目标姿态的双值性，并利用摄动双积分系统的时间最优控制设计了姿态控制，尝试得出一个最优控制解。
　　整个过程，都是一点差错都不能出。实际上在知晓嫦娥三号采用当初秦元清在嫦娥二号所建的模型，秦元清自己都下出了一身冷汗，因为他当初所弄的模型，是根据嫦娥二号以及该火箭进行专门建立的模型，是最优的。可是嫦娥三号，相比起嫦娥二号，是有所变化的，也就是说嫦娥二号的最优方案，并不意味着就是嫦娥三号的最优方案，可以说嫦娥三号取得圆满成功，真的是有运气成分，不过秦元清估计，当初嫦娥三号的落月地点与计算值绝对有不小的偏差。
　　而这一次嫦娥四号，是要在背面，理论上是差不多，但是实际上的难度却是要高一大截，其中一个问题就是信号问题！
　　在月球的背面，是接收不到地球传来的无线信号的。
　　当然，为此华夏航天工程也有相应的方案，计划发射一颗嫦娥四号月球探测器的中继卫星，也就是‘鹊桥号’，根据方案该中继星将允许在地月引力平衡点L2点，计划将在5月21日发射升空。
　　‘鹊桥号’的作用，就是用来保持地球控制中心和嫦娥四号探测器的通信。
　　当然，因为地月之间距离比较远，是存在着通信一定的延迟问题。这就导致，嫦娥四号探测器在落月阶段，位于地球控制中心的技术人员，无法根据实施情况操控探测器的降落轨道。这完全相当于盲降，所以技术难度比之可以实时操控的降落过程，要难上不止一个档次。
　　秦元清的计算工作，都是将每一个参数调控到无比精准的。平常生活中，习惯性的保持小数点后2位数，在航天工程就不适用，航天工程讲究的无比准确的，所以秦元清都是将小数点后保持在10位数，以尽可能地减小误差。
　　有时候不得不说，数学是所有科学中最严谨的，数学家都是一群追求完美的理想主义者。
　　至于月球背面的降落点，秦元清选择了SPA盆地。SPA盆地是月球上最大的、也是最古老的陨石坑，直径高达2500公里。
　　同时，SPA盆地深达13公里，是月球上最深的撞击盆地，这意味着当年的撞击事件很可能会挖出月壳深处甚至月幔的物质，这些或将成为人类研究月球内部成分的“钥匙”。
　　一旦嫦娥四号探测器在这片区域有所发现，那对于华夏完全征服月球的步伐，或许会更加促进一步！
　　计算工作量完成是第一步，第二步就是构建完整的模型，以便于进行超级计算机模拟。
　　如果是其他数学家，也许只能完成计算部分，模型就得由其他专业人员完成，可是秦元清不需要，这一方面他也是行家，这就避免了不同人之间，难以理解对方所需要的，所带来的人为误差。
　　等到秦元清完成了自己所有工作后，已经是一个星期过后了，秦元清起身伸了个懒腰，打了个哈欠。来到秘密基地后，他的工作时间一天16个小时都算是短了，有时候甚至是24小时持续工作。
　　“秦院士，怎么样？”欧阳院士问道。
　　“幸不辱命，终于全部搞定！”秦元清将数据盘交给欧阳院士：“接下来超算模拟就交给你们了，我去睡一觉，困死我了！”
　　昨晚直接通宵，沉浸在工作中还没有觉得，如今工作结束，秦元清就感觉到又累又困的，最想做的就是好好睡一觉。
　　不说秦元清去房间睡觉，且说欧阳院士拿到数据盘后，第一时间安排进行了超算模拟，作为航天工程，本身就拥有属于航天工程专用的超级计算机。
　　结果让欧阳院士极为欣喜的是，整个模拟过程没有出现任何意外。在大屏幕中，可以明显的看到，嫦娥四号探测器在火箭的运送下发射升空，然后进入预定轨道，随后绕地球飞行之后进入地月轨道，随后经过变轨后被月球俘虏，在设定轨道上绕月飞行，随后经过变轨进入落月轨道，随后不断进行变速操控，嫦娥四号探测器最后稳稳地落在SPA盆地的预定着陆点。
　　连续几次超算模拟，都全部落在了SPA盆地，位置一丝不差。
　　“果然，请秦院士过来帮忙，是最明智的选择，我们团队一直以来都没搞定的问题，秦院士用了一个星期就搞定！”欧阳院士心中暗自嘀咕着。
　　实际上在邀请秦元清前来帮忙前，他们团队自然也进行了计算、超算模拟，可是呢结果却并不如人意。
　　也正是如此，经历一年多的坎坷曲折，一直无法得到让人满意的结果。欧阳院士干脆跟上级申请，邀请秦元清前来帮忙，解决这个难题。