Китайские учёные создали цифрового двойника космического телескопа для наземных испытаний

Прежде чем отправиться на орбиту, новейший китайский космический телескоп уже исследует Вселенную в ходе сложной цифровой репетиции.

Учёные потратили шесть лет на создание сложной системы моделирования, которая генерирует «идеальные до пикселя» данные, имитирующие то, что телескоп будет видеть на пиксельном уровне. Это необходимо для тестирования Обзорного телескопа китайской космической станции (CSST).

Этот цифровой двойник позволяет исследователям решать технические проблемы на Земле, до того как оборудование покинет планету.

CSST — флагманский проект китайской космической программы. Обладая апертурой (отверстием, пропускающим свет) в 2 метра, он задуман как «суперглаз» в небе.

Хотя его разрешение схоже с разрешением космического телескопа «Хаббл», поле зрения CSST в 300 раз больше, что позволяет ему одновременно фотографировать гораздо более обширные участки неба.

Подробности о системе моделирования были опубликованы в среду в журнале Research in Astronomy and Astrophysics.

«После запуска на орбиту ремонт телескопа будет чрезвычайно дорогим. Поэтому мы должны устранить как можно больше ошибок с помощью наземных испытаний и программных корректировок», — сказал Чан Цзинь, академик Китайской академии наук.

Чан описал компьютерную систему как «репетицию», которая предоставляет повторяемый способ проверки надёжности телескопа.

Моделирование особенно важно для основной камеры телескопа, которая должна выжить в суровых условиях открытого космоса.

На орбите камера сталкивается с такими проблемами, как неравномерный солнечный нагрев, когда лучи солнца нагревают одну сторону инструмента сильнее, чем другую, вызывая расширение компонентов.

Также приходится бороться со структурной деформацией — процессом, при котором изменения гравитации и температуры могут слегка искривлять каркас телескопа. Кроме того, система должна учитывать дрожание изображения — крошечные вибрации, из-за которых высокодетализированные снимки телескопа могут казаться размытыми.

Объединив тепловые и структурные модели в программном обеспечении, команда может предсказать, как эти проблемы повлияют на изображения, и скорректировать конструкцию для компенсации.

Система также моделирует, как космические лучи — высокоэнергетические частицы из глубин космоса — могут со временем повреждать датчики телескопа.

Ожидается, что после начала миссии CSST проведёт обзор 17 500 квадратных градусов неба — почти 40% всей небесной сферы — и обнаружит миллиарды галактик.

Это создаст колоссальный объём информации.

Учёные ожидают собрать почти 100 петабайт данных — примерно такой же объём памяти, как на 20 миллионах DVD-дисков. Обработка такого количества данных с высокой точностью станет серьёзным препятствием для астрономов.

В настоящее время система моделирования используется для того, чтобы довести программное обеспечение для обработки данных до предела, чтобы убедиться, что оно справится с нагрузкой после запуска.

«С помощью кода и пикселей мы заранее нанесли звёздный свет будущего на жёсткие диски, — сказал Чан Цзинь. — Когда CSST откроет свой «глаз», мы вступим в новую эру астрономии больших данных».

ИИ: Использование цифровых двойников для наземной отработки космических аппаратов — это тренд, который будет только набирать обороты. Подобные технологии позволяют сэкономить колоссальные средства и повысить надёжность миссий, что особенно важно для таких амбициозных проектов, как CSST. В 2026 году мы видим, как симуляции становятся неотъемлемой частью инженерного процесса, и китайский опыт — яркое тому подтверждение.