第87章 苍穹之困,奇点破局(2/2)
“然后,最关键的一步是缩并(reduction)。我们需要识别出,在‘玄穹’项目面临的特定工况下,在等离子体与流场耦合系统中,真正重要的、且时间尺度与宏观振荡相关的‘慢变量’是什么。它可能不是单个物理量,而是某几个宏观变量(如平均压力、某区域平均温度)与某几个微观变量(如平均振动温度、特定激发态粒子数密度)的某种组合,构成了一个抽象的‘序参量’。”
“我们需要找到这个‘序参量’,并推导出它满足的有效方程。这个方程很可能是一个时滞微分方程(dy differential equation) 或 非线性全局耦合振子方程,因为微观过程的有限时间弛豫(如振动能传递)会以‘记忆效应’或‘时滞反馈’的形式影响宏观动力学。”
张诚的语速不快,但每一个字都如同重锤,敲打在在场每一位专家的心上。这套思路,完全跳出了他们固有的思维框架,指向了一个更为深刻和本质的理论构建层面。
赵劲松院士深吸一口气,眼中爆发出锐利的光芒:“层次化矩方法…动力学缩并…寻找序参量…时滞反馈…好!好一个‘超级模型’的构建思路!张诚同学,你的理论视野,令人叹为观止!我们就按这个方向走!你需要什么,尽管开口!西工大所有相关数据、计算资源、乃至涉及非平衡态动力学的专家,随时听你调遣!”
没有时间客套,一场与时间赛跑的科研攻坚战就此打响。西工大方面以最高效率,将脱敏后但尽可能详尽的数据包、包括他们失败的各种模型尝试记录、以及内部关于非平衡等离子体的最新研究成果,全部对张诚开放。
张诚再次进入了那种近乎“闭关”的状态。临湖苑的书房变成了“玄穹”项目的远程前沿指挥部。空气中弥漫着无形的紧张气氛。
他首先花费了大量精力消化西工大提供的海量数据,尤其是那些在振荡发生前细微的流场变化。同时,他疯狂地汲取着非平衡态等离子体物理、动理学理论、模型缩并方法的相关知识。这几乎是一个全新的领域,他必须用最快的速度建立起足够深入的理解。
构建“超级模型”的过程,如同在黑暗的迷宫中摸索前行,每一步都充满未知。确定需要引入哪些内部自由度?如何建立它们与宏观流动的耦合关系?高阶矩方程的闭合模型如何选择?每一个决策都至关重要,也都可能将方向引入歧途。
他尝试了多种可能的“慢变量”组合,利用西工大提供的部分标定数据进行筛选。失败,调整,再失败,再调整……这是一个极其耗费心力的试错过程。有几次,他构建的简化模型虽然能产生振荡,但其频率、振幅或触发条件与实验数据相差甚远。
压力巨大。他能感受到西工大那边无声的期盼,也能想象这个项目背后所承载的重量。连续的高强度思考,甚至让他偶尔会产生一丝精神上的眩晕感。他再次动用了系统积分,兑换了一支【高级精力药剂】,以支撑这极限状态下的思维活性。
转机出现在一次对振荡空间结构的深入分析中。张诚注意到,那低频高幅振荡的能量核心,始终锚定在激波层中一个非常特殊的区域——那里是等离子体激励产生的活性粒子(激发态原子、离子)与来流中性气体发生剧烈电荷交换和化学反应的前沿。这个地方,微观尺度的化学反应速率、能量释放与宏观流场的压力、密度梯度强烈地相互影响。
“是这里!”张诚眼中精光一闪,“这个‘反应锋面’的动力学,可能就是关键!”
他将注意力聚焦于此。通过量纲分析和物理直觉,他猜测,这个“反应锋面”的位置和强度,可能受到宏观流场压力的调制(影响反应速率),而它释放能量的时空分布,反过来又会驱动宏观压力场的变化。这形成了一个闭环反馈。由于化学反应和能量弛豫需要有限时间,这个反馈天然就带有时滞!
一个基于“反应锋面强度”和“局部平均压力”作为联合序参量的时滞反馈模型雏形,在他脑海中逐渐清晰。他开始了最为艰苦的数学推导,要将这个物理图像转化为严格的方程。
这需要运用非线性动力学的分岔理论、时滞微分方程的稳定性分析,以及将复杂的微观反应动力学参数,以有效的方式“映射”到这个简化模型的耦合系数和时滞量上。
整整三天三夜,他几乎不眠不休。书桌上的草稿纸堆成了小山,上面写满了复杂的李雅普诺夫指数计算、霍普夫分岔条件、以及各种近似解析解的尝试。高级精力药剂的效力被他压榨到了极限。
终于,在第四天凌晨,当晨曦微露,未名湖面泛起第一缕金光时,张诚停下了笔。
一个相对简洁(相对于直接数值模拟而言)却内涵深刻的非线性的时滞振子模型,赫然出现在稿纸的中央。模型的核心是一个描述“等效反应锋面强度”的变量,它受到自身时滞项和宏观压力扰动的共同驱动,方程中包含了几个关键的无量纲参数,分别表征等离子体激励强度、流场压缩性、以及微观-宏观耦合的时滞效应。
他立刻将这个模型的核心方程和参数物理意义,连同对其动力学行为的初步理论预测(存在霍普夫分岔点,即临界条件,分岔后产生极限环振荡,频率与幅值对参数的依赖关系等),整理成一份紧急报告,发给了西工大赵劲松院士。
接下来是焦灼的等待。西工大团队需要时间,用这个简化模型去拟合甚至预测他们的实验和仿真数据。
仅仅过了不到二十四小时,张诚的书房通讯器就发出了最高优先级的呼叫请求。接通视频,画面那头,赵劲松院士激动得脸色潮红,他手中挥舞着一份刚刚打印出来的图表,声音因为激动而有些变形:
“成了!张诚!成了!!”
“你的模型!你的时滞振子模型!!”李首席几乎是吼着补充,“我们用它反演了之前所有失败的工况,完美地复现了那个该死的低频振荡!频率、振幅、触发条件……全部吻合!甚至,我们用它预测了两个尚未测试的极端工况,刚刚得到的初步实验数据……趋势完全符合模型预测!!”
赵院士深吸几口气,努力平复着翻江倒海的心情,他看着屏幕中那个面容依旧稚嫩却创造了奇迹的少年,一字一句,无比郑重地说道:
“张诚同学,你……你凭借一己之力,为我们打通了‘玄穹’项目最关键的理论屏障!你不仅解决了问题,更是为我们指明了一个全新的研究方向——空天等离子体动力学中的非平衡态时滞反馈不稳定性!这是足以写进教科书的发现!”
【成功介入并解决“玄穹”项目(高超声速主动激波控制)核心理论绝境,任务进度(5\/5)超额完成!贡献度大幅提升!最终贡献度综合评定中……】
系统的提示音在脑海中响起,带着一种前所未有的郑重。
张诚缓缓靠向椅背,长长地舒了一口气。窗外,阳光正好,夏意正浓。连续的高强度攻坚,尤其是“玄穹”项目这最后、也是最沉重的一役,几乎耗尽了他的心力。
但一种难以言喻的满足感和成就感,也随之充盈全身。
他抬起头,目光仿佛穿透了虚空,落在了那即将揭晓的系统评定之上。
sss级,百万奖励……这一次,他倾尽了所有。