空间站运营在轨任务并行规划技术研究

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1、第２２卷第６期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．６２０１６年１２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＤｅｃ．２０１６空间站运营在轨任务并行规划技术研究１１２２１∗邱冬阳，卜慧蛟，王帅，王功波，罗亚中（１．国防科学技术大学航天科学与工程学院，长沙４１００７３；２．载人航天总体研究论证中心，北京１０００９４）摘要：空间站运营任务规划技术是空间站长期稳定运营的核心技术。面向我国空间站建设运营需求，对空间站运营任务层建模与规划技术进行了研究。针对任务层规划任务类型多样、约束复杂及资源受限等问题，基于约束满足理论，建立了任务层规划模型；同时针对任务层规划问题规模大、耦合性强及

2、难于求解的特性，提出了一种任务层规划问题并行求解方法。仿真结果表明，本文提出的并行求解方法相较传统的串行规划算法加速比可达１４?１９，能有效快速求解空间站运营任务层规划问题。研究结论可为我国空间站运营相关规划系统研制提供参考。关键词：空间站；运营；任务规划；并行计算中图分类号：Ｖ４２３?７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０６⁃０６８０⁃０７ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰａｒａｌｌｅｌＰｌａｎｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＯｎ⁃ＢｏａｒｄＭｉｓｓｉｏｎＰｌａｎｎｉｎｇｏｆＳｐａｃｅＳｔａｔｉｏｎＯｐｅｒａｔｉｏｎ１１２２１∗ＱＩＵＤｏｎｇｙａ

3、ｎｇ，ＢＵＨｕｉｊｉａｏ，ＷＡＮＧＳｈｕａｉ，ＷＡＮＧＧｏｎｇｂｏ，ＬＵＯＹａｚｈｏｎｇ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；２．ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｓｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓａｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｋｅｅｐｔｈｅｌｏｎｇ⁃ｔｅ

4、ｒｍｓｔｅａｄｙｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆａｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ．ＩｎｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＣｈｉｎａ＇ｓｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ（ＣＳＳ），ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｐｌａｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｐｒｅ⁃ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｐｌａｎｎｉｎｇｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｐｒｅ⁃ｉｎｃｒｅｍｅｎｔｐｌａｎｎｉｎｇｍｏｄｅｌ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎ，ｗａｓｅｓ⁃ｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｉｓｓｕ

5、ｅｓｓｕｃｈａｓｍｕｌｔｉ⁃ｔｙｐｅｍｉｓｓｉｏｎｓ，ｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，ｌｉｍｉｔｅｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓｅｔａｌ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｇｒｅａｔ⁃ｓｃａｌｅｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｔｒｏｎｇｃｏｕｐｌｉｎｇ，ａｎｄｓｏｌｖｉｎｇｄｉｆｆｉ⁃ｃｕｌｔｉｅｓ，ａｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｐｅｅｄ⁃ｕｐｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓ１４．５８ａｓｃｏ

6、ｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｅｒｉａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ．ＴｈｅｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｍａｙｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣＳＳｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｍｉｓｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ；ｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇ２０２０年前后我国将建成并运营近地空间１引言［２］站，目前我国的空间站工程正

7、处于起步阶从１９７１年４月１９日，前苏联成功发射世界段，开展空间站运营在轨任务规划技术研究、上第一个试验空间站“礼炮１号”至今，世界上已掌握相关技术，对空间站的长期稳定安全运营［１］成功发射了十余座空间站。经过４０余年的发具有重要意义。展，美国、俄罗斯及欧洲等国相继突破和掌握了一空间站运营在轨任务规划不同于一般航天器系列空间站核心工程技术，开发了相应的任务规任务规划，其涵盖的规划对象和内容更为广泛，任划系统并在空间站上得到了成功运用。务周期长，规划工作更繁重、难度更大。借鉴当前收稿日期：２０１６⁃０５⁃３０；修回日期：２０１６⁃１０⁃２５基金项目：湖南省自然

8、科学基金（２０１５ＪＪ３０２０）；国防科学技术大学科