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空间运动体可视化控制技术研究及其在交会对接中的应用

赵瑞  
【摘要】:传统的空间运动体控制技术主要依靠数据判读方式,由地面控制人员对海量遥测和遥控数据进行分析判断,并根据分析结果制定空间运动体控制策略和各类应急对策。由于不能直观的监视空间飞行器的状态,基于数据判读方式的空间运动体控制技术复杂且时效性不强,并且容易产生人为失误。与此相比,空间运动体的可视化控制技术可有效解决地面控制人员与空间运动体间的实时交互问题,地面控制者可以直观的判断空间运动体当前的状态,并可及时准确的根据判断结果控制、改变和调整其位置、姿态和轨道特性。在我国载人航天一期工程中,飞控中心已经对可视化控制技术进行了初步的尝试和应用。然而,在即将展开的载人航天二期工程,尤其是交会对接任务中,可视化控制系统需要更加复杂实用。成熟实用的空间运动体可视化控制系统将不仅能准确直观的显示航天器发射、飞行器入轨、飞行器变轨、交会对接、在轨运行、飞行器分离、返回着陆等一系列过程,以及地面测控点位置、可用测控区间、测控设备可用状态、气象信息等测控条件,还能对飞行器的空间位置、姿态、速度、相对距离、接近角度、运动趋势等信息直观、准确、详细、动态的判断和显示,并具备实时和超实时仿真功能,能在任务执行时与任务过程同步运行,实时仿真飞行器在轨状态,超实时验证地面飞控策略的正确性和可执行性,直观的将飞控结果进行模拟和显示,可为飞控工作提供科学合理的实践支持,有利于提高决策的效率和可靠性,具有传统数据判读仿真方法不能比拟的优势和信息集成度。目前来讲,空间运动体可视化控制技术所需的软硬件体系已经在技术上趋于成熟,基于SGI工作站、UNIX操作系统和OpenGL软件的可视化控制系统已经具有工程实用性,能够适应交会对接任务所需的系统稳定性、运行可靠性、软件执行效率以及仿真效果。此外,基于软件平台MultiGenCreator和Vega设计开发交会对接可视化控制系统的技术也在国内外有所发展,利用Vega的可视化图形界面Lynx和应用编程的接口API开发RVD可视化控制系统也是可能的。

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