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第60章 手搓卫星导航设备(1 / 1)

两人醒来,已经是中午。

林野站在白板前,手里拿着记号笔,上面画着一些苏晓看不懂的公式和草图。

苏晓瘫在沙发上,手里抱着一袋薯片,有气无力地说:“林大神医兼林大航天师,您到底在计算什么?能不能给我一点提示?”

“我正在思考磐石计划并总结病例,咱们没有条件大规模行医,万一再遇到相似病号,总得总结经验。”林野头也不回的说道,“你看这个,这是天体轨道动力学公式,这个纳维-斯托克斯方程——”

“停!”苏晓把一片薯片精准地扔进他后颈衣领,“说人话!”

林野被冰得一哆嗦,转身瞪她:“我在建立通用模型!治疗血栓需要精确的血流控制,牵引小行星需要精确的轨道控制,这两件事需要的测量精度是一个量级的!”

他从桌上拿起一张纸:“以咱们磐石计划的目标为例。如果要让那颗十亿亿吨的小行星准确进入预定轨道,最终位置误差不能超过十公里。听起来很宽松对吧?但换算到一年半的飞行时间、几亿公里的距离……”

他在白板上快速计算:“相当于角秒级的指向精度。再换算到测量设备上——我们需要能实时测量目标位置,误差不超过一百米;测量速度,误差不超过每秒一厘米;测量加速度,误差不超过每秒每百万分之一米。”

苏晓拿着薯片的手停在嘴边,“……你再说一遍?每秒每百万分之一米?”

“对。”林野点头,“这是深空导航的基础要求。现有的深空探测器,比如飞向冥王星的新视野号,它的导航相机指向精度是0001度,测距精度是几米,测速精度是每秒几毫米。我们需要达到,甚至超过这个水平。”

苏晓慢慢放下薯片袋:“所以问题来了——咱们上哪儿搞这种级别的设备?”

林野眼睛亮了,这正是他兴奋的地方。

“搞不到,就自己做。”他说,“我们有异能,咱们手搓一个!”

苏晓看着他,沉默了三秒,然后爆发出毫不掩饰的大笑。

“手、手搓深空导航设备?!”她笑得直拍沙发,“林野同志,你知道深空导航设备是什么概念吗?那是人类工程学的巅峰!是光学、机械、电子、软件、热控、辐射防护……十几个学科的结晶!就算是五十年前的老技术,你也不能以为这是在拼乐高啊?”

林野不服:“我有优势!第一,异能加工精度可以做到原子级——至少理论上可以。第二,你能实时校准——感应十亿公里外的金属,这本身就是最牛逼的测量基准是,虽然只是大概值,不够精准。第三……”

他走到工作台前,打开电脑:“公开渠道能查到很多基础图纸。定位模块的机械结构、速度传感器的原理图、加速度计的核心设计……这些都不是绝密。”

屏幕上显示着从nasa技术报告库、esa公开文档、还有各大航天院校论文里下载的图纸和资料。

苏晓凑过来看,渐渐收起笑容,她不得不承认,林野这次不是瞎说。

“你看这个。”林野调出一份pdf,“恒星敏感器的基本原理——用d阵列拍摄星空,识别恒星图案,通过比对星图数据库来确定自身姿态。机械结构和光学设计都是公开的。”

“还有这个。”他又打开一个文件,“激光测距仪的原理图。发射激光脉冲,测量反射回来的时间,计算距离。核心的计时电路设计在一些开源硬件社区都能找到。”

“加速度计就更简单了。”林野如数家珍,“s加速度计,本质就是一个微小的质量块悬浮在硅片上,运动时质量块位移,电容变化测量加速度。图纸满大街都是。”

苏晓看着这些资料,皱眉:“但是林野,图纸是图纸,制造是制造。这些设备需要纳米级的加工精度,需要抗辐射的专用芯片,需要在极端温度下保持稳定……”

“所以需要异能。”林野打断她,“我的金属操控,理论上可以做到原子级的加工精度。芯片的问题……确实麻烦,但我们可以用模拟电路替代一部分数字功能。至于环境适应性——”

他调出另一组资料:“国际空间站上有些实验设备,就是商用级部件加固后上天的。我们可以借鉴这个思路,用异能对关键部件做‘超规格加固’。”

苏晓靠在椅背上,抱着手臂看他。

林野此刻的状态她太熟悉了——技术狂热模式,眼里有光,脑子里已经构建出一个完整的技术路线图,所有的困难在他眼里都是可以跨越的挑战。

“行。”她最终说,“你先做个原型出来。不过我话说在前头——做出来之后,我要全面测试。测试不过关,这事就到此为止,咱们想别的办法。”

“成交!”林野立刻开始行动。

接下来的三天,他们离开香港,也没有回老家,而是来到老家的县城附近,他们临时连地皮一起买下的加工车间。

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林野从五金市场买来各种金属原材料——高纯度铝、钛合金棒、铜板、特种钢。又从电子市场淘来一堆电子元件:高精度晶振、运算放大器、adc转换芯片、还有几块工业级的fpga开发板。

苏晓则负责资料整理和技术验证。

她一边啃着那些深奥的航天工程论文,一边吐槽:“我这辈子都没想过,我一个旅游博主出身的人,有一天要研究恒星敏感器的星图识别算法……”

“这叫跨界成长。”林野没有抬头,双手虚按在一块钛合金板上。

异能缓缓展开,在他的感知中,金属的原子结构已经不算模糊了。

他像捏橡皮泥一样,操控着原子重新排列。钛合金板开始变形,表面浮现出精细的沟槽、定位孔、安装面……

一小时后,一个复杂的机械结构成型了,那是恒星敏感器的外壳和内部支撑框架。

苏晓用高精度三坐标测量仪验证后,吹了声口哨:“可以啊林师傅,这手艺开个精密加工厂绝对发财。”

“这才刚开始。”林野擦了擦额头上不存在的汗水。

接下来是光学部分,深空导航用的恒星敏感器需要高质量的光学镜头。

林野买不到专用的航天级玻璃,但他有别的办法——他用异能直接操控二氧化硅的微观结构,在金属框架内“生长”出透镜。

这个过程极其消耗精神,异能控制金属很轻松,但对非金属,只有百分之一的量级,他需要同时控制硅和氧原子的排列,形成均匀的晶体结构,还要精确控制曲率、焦距、像差……

到第三天早上,第一个完整的恒星敏感器原型诞生了。巴掌大小的金属盒子,正面是透镜窗口,后面是电路板接口。

林野用异能做的d传感器直接集成在盒子内部——没有用现成的芯片,而是用金属和半导体材料原子级拼接出来的。

“通电测试。”林野的声音有些沙哑。

苏晓接上电源和示波器,盒子侧面的指示灯亮起绿色。

林野把原型机拿到窗前,对准夜空。几分钟后,连接的原型机上,一个小屏幕亮起——那是他们临时接的显示模块。

屏幕上,星点开始出现。

“识别到恒星图案……”林野盯着屏幕,“正在比对星图数据库……匹配成功!姿态解算出来了!”

屏幕上显示出一组数字:俯仰角235度,横滚角-12度,偏航角1778度。

苏晓赶紧拿出手机,打开一个天文定位app比对,“俯仰角236度,横滚角-11度,偏航角1780度。”她报出数据,“误差……01度以内。这精度……”

“还不够。”林野皱眉,“深空导航要求是0001度。差两个数量级。”

“但这是第一个原型啊!”苏晓说,“而且是你手搓的!从零开始,三天时间,做出一个能用的恒星敏感器,这已经是奇迹了好吗?”

林野摇摇头,没有接话,他知道苏晓说得对,但这距离他的目标还太远。

接下来的一周,林野进入了一种近乎疯狂的工作状态。

速度传感器原型做出来了——基于激光多普勒原理,用异能加工的反射镜和光电探测器。测试显示,对静止目标的测速精度达到每秒01米,但对运动目标的跟踪能力还有问题。

加速度计原型做出来了——s结构,但林野用异能做了超规格的加强。测试显示,在实验室环境下能测到百万分之一g的加速度变化,但噪声水平偏高。

激光测距仪原型做出来了——脉冲式,测距精度做到了01米,但最大测距只有五十公里,而且对移动目标测距不稳定。

每一个原型都有亮点,但每一个都有致命缺陷。

更关键的是,这些设备是单独测试的。深空导航需要的是系统——所有传感器数据融合,互相校准,实时解算。

到第二周周末,苏晓终于忍不住了。她这两周是轻松了,除了偶尔处理一下公司的问题和一般决策,偶尔还回趟老家和父母聊聊天,还算惬意,可是看着林野的状态,她实在是忍不住。

“林野,停一下。”她按住林野又要去拿金属材料的手,“咱们得谈谈。”

林野眼睛有了不少血丝,头发也乱糟糟的,“谈什么?加速度计的噪声问题我快找到解决办法了,只要再优化一下质量块的悬浮结构——”

“问题不在这里。”苏晓打断他,拉着他到沙发前坐下,“你看着我的眼睛。咱们这个‘手搓导航设备’的项目,进行两周了。进度怎么样?”

林野张口要说话。

苏晓抬手制止:“我来说。你做出来了四个传感器原型,每个单独测试都有可圈可点之处。但是——”

她调出测试数据汇总表:“恒星敏感器,静态精度01度,动态跟踪精度只有1度,而且星图识别算法在快速旋转下会失效。”

“速度传感器,对匀速运动目标精度不错,但对变速运动目标,延迟严重,误差飙升。”

“加速度计,低频噪声太大,长时间积分后位置误差会累积到无法接受的程度。”

“激光测距仪,最远测距只有五十公里,而且需要目标有良好的反射面——小行星表面坑坑洼洼,反射信号会很弱。”

她放下平板,看着林野:“最最关键的是,这些设备没有经过系统集成测试。深空环境下的温度变化、辐射、微重力、振动……这些影响你考虑了吗?”

林野沉默了,他知道苏晓说得对。

这两周他沉浸在技术细节里,解决了一个又一个的小问题,却忽略了最大的问题——工程化壁垒。

“我们需要测试。”他最终说,“真实的深空环境测试。”

苏晓点头:“对。但问题又来了——怎么测试?咱们总不能租个火箭把设备发上天吧?”

林野想了想:“有办法。近地轨道上有的是太空垃圾和退役卫星。我们可以把设备装在一个小型载体上,用异能送到近地轨道,进行实测试。”

苏晓眼睛一亮:“这个思路可以。但载体怎么做?还有,设备在太空怎么传回数据?”

“载体简单。”林野说,“用异能做个金属盒子,里面放上设备、电池、无线传输模块。数据传回……可以用现有的卫星通信网络,或者我们自己做地面站。”

说干就干,接下来的半天,林野又手搓了一个测试载体——半米见方的金属盒子,内部有减震结构、温控系统(其实就是相变材料)、电池、还有一块集成了四个传感器的电路板。

软件部分更快,林野只用了一个小时就写了一个简单的数据采集和传输程序,把传感器数据打包,通过商业卫星物联网模块发回地面。

当天晚上,一切准备就绪。

两人开车到郊外一处荒滩。夜深人静,四下无人。

林野双手虚按在测试载体上,异能全力展开。

金属盒子缓缓升空,速度越来越快,最后化作一道几乎看不见的轨迹,消失在夜空中。

“高度一百公里……两百公里……”林野和苏晓一起闭着眼,感应着载体的位置,“进入近地轨道,高度四百二十公里,速度……每秒七点六公里。”

他把载体送入了一个相对空旷的轨道区域,避开了密集的卫星带,而给出的数据也只是一个大概值,同时根据金属感应,对这颗特殊的人造卫星做了轨道微调,毕竟他的感应距离也有一千万公里,覆盖全球毫无问题。

“好了。”林野睁开眼。

两人回到车上,打开笔记本电脑,卫星物联网模块已经上线,开始传回数据。

最初的几个小时,数据一切正常。

恒星敏感器传回的姿态数据稳定,速度传感器的读数与轨道预测吻合,加速度计显示载体处于微重力环境,激光测距仪……因为没有合适的目标,暂时闲置。

苏晓松了口气:“看来基础功能没问题。”

林野却盯着屏幕上的数据细节,眉头皱起。

“有问题。”他指着加速度计的数据曲线,“你看这个噪声。在实验室里,噪声水平是0001g。现在到了太空,变成了001g——大了十倍。”

苏晓凑过来看:“太空环境更复杂,有各种干扰……”

“但这不是随机的白噪声。”林野调出频谱分析,“你看,在01hz到1hz这个频段,有明显的周期性波动。这是载体的结构振动,或者……热变形引起的。”

他继续分析其他数据:“速度传感器的延迟问题更明显了。载体在轨道上我有意调成匀速圆周运动,但速度传感器的读数有明显的滞后和波动。”

“恒星敏感器……”林野放大星图识别算法的输出,“识别正确率只有92。时间会误识别恒星,或者干脆识别失败。”

他靠在椅背上,长长地叹了口气。

“米级误差。”他说,“定位误差一米左右,速度误差每秒几厘米,加速度误差……两位小数都保不住。这个精度,民用级别可以,汽车导航、无人机导航都够用。但深空导航……”

他摇摇头:“差得太远了。”

苏晓看着那些数据,也沉默了。

她知道林野说得对。双星牵引需要的毫米级精度,现在这个原型系统连边都摸不到。

“问题出在哪儿?”她问。

“系统集成。”林野疲惫地说,“单个传感器我可以用异能做到很高的基础精度。但把它们集成到一个系统里,互相干扰、时序同步、数据融合……这些不是靠异能就能解决的。需要精密的机械设计、专业的电路布局、还有经过千锤百炼的算法。”

他顿了顿:“更关键的是,我们缺少核心的精密部件——高精度的陀螺仪、原子钟、专业级的图像传感器芯片。这些东西的图纸是绝密,我手搓不出来。就算拿个成品参考搓出来了,没有配套的驱动电路和控制算法,也发挥不了性能。”

苏晓想了想:“那……能不能买?或者合作?”

林野苦笑:“买?高精度的航天级导航设备,都是受控的。合作?咱们以什么身份去合作?两个搞文旅的,突然要深空导航设备,人家不报警抓你才怪。”

车厢里陷入沉默,只有笔记本电脑的风扇声,和偶尔传来的数据包接收提示音。

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