專題導(dǎo)讀 航天指揮與控制

隨著在軌航天器的作用越來(lái)越重要以及在軌航天器數(shù)目的不斷增加，空間安全問(wèn)題日益突出，以保障空間安全、確?？臻g資產(chǎn)有序運(yùn)行為目的的航天管理控制問(wèn)題成為各國(guó)關(guān)注焦點(diǎn)，航天指揮與控制問(wèn)題成為指揮控制領(lǐng)域重要研究課題。航天指揮與控制以航天裝備體系為內(nèi)核，以空間環(huán)境、空間態(tài)勢(shì)、航天應(yīng)用為外延，涉及感知、通信、決策、控制等多個(gè)學(xué)科，難點(diǎn)多、經(jīng)驗(yàn)少、測(cè)試驗(yàn)證成本高昂。航天能夠提供的承載能力、機(jī)動(dòng)能力、功率供給、計(jì)算能力的有限性也使得航天指揮與控制在新技術(shù)應(yīng)用上面臨特有的難題。鑒于此，本期《指揮與控制學(xué)報(bào)》組織“航天指揮與控制”專題，以期推動(dòng)航天指揮與控制問(wèn)題的研究和交流，豐富指揮與控制的學(xué)科內(nèi)涵，推動(dòng)我國(guó)航天系統(tǒng)健康有序發(fā)展。本專題共收錄論文14 篇，其中綜述3 篇，論文與報(bào)告9 篇，短文2 篇。

西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院航天飛行動(dòng)力學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙力冉等在《空間軌道博弈：概念、原理與方法》論文中，針對(duì)日趨重視的空間安全需求，提出了空間軌道博弈理論與體系，建立了空間飛行器軌道博弈的概念、原理和方法。完成了潛伏、偽裝、追逃、攔截、防御、封鎖、包圍、附著、接管等9 種軌道博弈類型的定義和分類，設(shè)計(jì)了軌道博弈任務(wù)的一般流程，探討了基于人工智能、生物群體仿生智能等的軌道博弈問(wèn)題求解框架。對(duì)空間非合作目標(biāo)監(jiān)視、接管、操控、維修、清除等軌道博弈任務(wù)的實(shí)施具有較好的指導(dǎo)意義。

復(fù)雜飛行器系統(tǒng)仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙國(guó)宏在《體系中心戰(zhàn)：未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的頂層作戰(zhàn)概念》論文中，提出了頂層作戰(zhàn)概念應(yīng)當(dāng)是從平臺(tái)中心戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)向體系中心戰(zhàn)發(fā)展的觀點(diǎn)，分析了體系中心戰(zhàn)的歷史邏輯、現(xiàn)實(shí)邏輯和未來(lái)邏輯，闡述了體系中心戰(zhàn)的內(nèi)涵、特征和機(jī)理，提出了體系中心戰(zhàn)基于物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈的技術(shù)架構(gòu)和運(yùn)行模式。給出了利用邊緣計(jì)算解決區(qū)塊鏈架構(gòu)固有缺陷的初步設(shè)想。

海軍航空大學(xué)沈如松等在《數(shù)字孿生及其在飛行器領(lǐng)域應(yīng)用》論文中，梳理了數(shù)字孿生相關(guān)的復(fù)雜產(chǎn)品模型建立、信息物理融合、數(shù)據(jù)收集與傳輸、大數(shù)據(jù)等關(guān)鍵技術(shù)，從概念發(fā)展、關(guān)鍵技術(shù)以及在飛行器領(lǐng)域的應(yīng)用3 方面闡述了數(shù)字孿生在飛行器領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，具有一定的參考意義。

清華大學(xué)航天航空學(xué)院魏繼華等在《高超聲速飛行器動(dòng)力滑翔組合彈道優(yōu)化》論文中，將滑翔彈道與巡航彈道的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)了一種“滑翔+高馬赫數(shù)巡航”飛行彈道方案，該方案分別以滑翔段增大射程和縱橫向航程的加權(quán)和為目標(biāo)進(jìn)行了彈道優(yōu)化，可滿足巡航段以初始狀態(tài)存在誤差、模型參數(shù)不確定情況下精確控制飛行高度和速度的設(shè)計(jì)需求。

國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院王原等在《基于多目標(biāo)優(yōu)化的自組織無(wú)人機(jī)集群航跡規(guī)劃方法》論文中，針對(duì)無(wú)人機(jī)集群在復(fù)雜環(huán)境中通過(guò)自組織形式進(jìn)行航跡規(guī)劃的問(wèn)題，提出了一種基于規(guī)則系統(tǒng)和多目標(biāo)優(yōu)化方法的自組織無(wú)人機(jī)集群航跡規(guī)劃方法。該方法以經(jīng)典的基于虛擬物理規(guī)則的速度更新模型為基礎(chǔ)，在分析了自組織無(wú)人機(jī)集群的典型任務(wù)場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，建立了針對(duì)導(dǎo)航、避障和編隊(duì)隊(duì)形維持任務(wù)的無(wú)人機(jī)集群控制規(guī)則系統(tǒng)，同時(shí)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法求解了該系統(tǒng)中的控制參數(shù)，仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制模型的有效性。

中國(guó)空間技術(shù)研究院通信與導(dǎo)航衛(wèi)星總體部王雨琦等在《基于并查集搜索的衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃方法》論文中，針對(duì)傳統(tǒng)方法應(yīng)用在大規(guī)模任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題求解效率低的問(wèn)題，建立了離散化的任務(wù)規(guī)劃圖模型，提出了基于并查集搜索的衛(wèi)星遙感任務(wù)規(guī)劃方法。通過(guò)并查集搜索的方式將大規(guī)模任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題拆分為若干個(gè)可解的子問(wèn)題，在保證求解質(zhì)量的同時(shí)降低計(jì)算復(fù)雜度，提升求解效率，為衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃這類組合優(yōu)化問(wèn)題提供求解思路。

西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院航天飛行動(dòng)力學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉培棟等在《空間引力波探測(cè)正三角形編隊(duì)動(dòng)力學(xué)機(jī)理與控制方法》論文中，系統(tǒng)調(diào)研和分析了面向引力波探測(cè)的空間正三角形編隊(duì)動(dòng)力學(xué)機(jī)理及控制方法研究現(xiàn)狀，深入探討了不同構(gòu)形的攝動(dòng)演化規(guī)律和穩(wěn)定性條件，在此基礎(chǔ)上提出了空間正三角形編隊(duì)的初始化、保持與重構(gòu)控制原理，研究結(jié)果將為空間引力波探測(cè)編隊(duì)構(gòu)形的設(shè)計(jì)與控制提供理論基礎(chǔ)。

合肥工業(yè)大學(xué)王俊等在《基于多Agent的遙感星座自主協(xié)同任務(wù)規(guī)劃》論文中，針對(duì)遙感衛(wèi)星星座自主且快速任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題，提出了一種自適應(yīng)的分布式協(xié)同規(guī)劃方法，包括星上自主agent 設(shè)計(jì)、分布式協(xié)同規(guī)劃模型和基于時(shí)間窗適應(yīng)度的自主任務(wù)規(guī)劃啟發(fā)式算法，對(duì)提升星座系統(tǒng)的協(xié)同觀測(cè)能力及快速響應(yīng)能力具有重要參考意義。

航天工程大學(xué)航天指揮學(xué)院侯迎春等在《基于“云+端”模式的太空信息服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建》論文中，針對(duì)太空信息服務(wù)存在各類信息分散管理、分頭服務(wù)用戶，缺少統(tǒng)一規(guī)范的服務(wù)平臺(tái)等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，從太空信息資源提供者、使用者和系統(tǒng)管理者不同角度研究了太空信息服務(wù)平臺(tái)的功能需求，構(gòu)建了基于“云+端”模式的太空信息服務(wù)平臺(tái)，提供了按權(quán)共享、差異化個(gè)性提取兩種服務(wù)模式，對(duì)解決太空信息資源異構(gòu)、按需按權(quán)服務(wù)等問(wèn)題具有一定的參考意義。

清華大學(xué)航天航空學(xué)院劉伯陽(yáng)等在《返回式航天器著陸段測(cè)控集群自組織控制》論文中，針對(duì)航天器著陸段的測(cè)控覆蓋能力差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了用于航天器著陸段測(cè)量的無(wú)人機(jī)測(cè)量集群，并提出了用于該集群控制的自組織控制方法，該方法將集群的運(yùn)動(dòng)控制分為3 種行為規(guī)則，分別是集群初構(gòu)型與待命行為、跟蹤測(cè)量行為和集結(jié)回收行為，各行為規(guī)則下的個(gè)體控制通過(guò)比例組合多種人工勢(shì)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，可以提高測(cè)控系統(tǒng)對(duì)航天器著陸段的測(cè)控能力。

空軍信息通信第一旅閆靜茹等在《聯(lián)合空中搜救空間管控方法探析》論文中，圍繞空間管控方法，引入“空間盒”、“高度協(xié)調(diào)線”和“空中搜救錐”概念，對(duì)聯(lián)合空中搜救空間管控問(wèn)題展開(kāi)詳細(xì)解析，建立了不同模式下錐體空間模型，為聯(lián)合空中搜救工作問(wèn)題研究提供一定的理論依據(jù)。

航天工程大學(xué)太空安全研究中心劉欣等在《空中進(jìn)攻作戰(zhàn)中天基信息支援指揮》論文中，研究了面向未來(lái)作戰(zhàn)趨勢(shì)特點(diǎn)下的天基信息支援力量在空中進(jìn)攻作戰(zhàn)任務(wù)中的現(xiàn)狀與需求，構(gòu)設(shè)了天基信息力量支援“彈性”框架，包括指揮機(jī)構(gòu)、指揮關(guān)系、編組方式、指揮模式和指揮流程，對(duì)于深刻領(lǐng)悟作戰(zhàn)體系內(nèi)在需求、探索戰(zhàn)爭(zhēng)制勝機(jī)理，提升天基系統(tǒng)支援指揮能力具有較好的參考作用。

軍事科學(xué)院國(guó)防科技創(chuàng)新研究院許嘉毅等在《軟體機(jī)械臂高精度位姿線長(zhǎng)測(cè)定方法》論文中，針對(duì)一種變截面充氣柔性機(jī)械臂實(shí)際位姿測(cè)量定位的需求，提出利用測(cè)量線長(zhǎng)進(jìn)而得到機(jī)械臂位置姿態(tài)的一種方法，避免了傳統(tǒng)測(cè)算過(guò)程中忽略的機(jī)械臂漸收引起測(cè)算誤差以及光電方法易產(chǎn)生干擾的問(wèn)題，與此同時(shí)，利用數(shù)值計(jì)算方法解決了幾何解算方法中精度低、忽略變截面的問(wèn)題，可廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際。

解放軍91404 部隊(duì)陳永華等在《天基信息支援在防空作戰(zhàn)中的應(yīng)用模式》論文中，介紹了某方向防空作戰(zhàn)面臨的基本形式和防空作戰(zhàn)特點(diǎn)，從預(yù)警探測(cè)、指揮控制、火力打擊和戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估4 個(gè)作戰(zhàn)環(huán)節(jié)分析了防空作戰(zhàn)對(duì)天基信息支援的需求，提出了一種折中的天基信息支援模式，對(duì)天基信息裝備和防空作戰(zhàn)裝備進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)具有較好的參考作用。

2021年9月25日

專題責(zé)任專家：清華大學(xué) 王兆魁