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空间站运营任务层规划技术研究

邱冬阳  
【摘要】:我国将于2020年左右建造并运营自己的空间站,开展空间站运营在轨任务规划技术研究,对空间站的长期稳定安全运营具有重要意义。空间站运营在轨任务规划分为长期、中期、任务层和执行层四个层次,本文紧贴我国空间站工程实际,开展了面向任务层的规划技术研究。主要的研究内容和成果如下:建立了空间站运营任务层规划概念模型。为实现对空间站运营任务层规划问题的有效描述,本文通过分析规划问题特性,对任务、活动、资源及设备等规划基本要素进行了梳理;基于面向对象的建模思想和统一建模语言,对各规划要素进行了有效抽象,构建了相应的规划概念模型。提出了面向空间站运营任务层规划问题的启发式规划方法。为了快速获得规划问题可行解,本文对面向任务层规划的启发式规划方法进行了研究,建立了规划问题的约束满足模型;从空间站运营安全性、需求满足性及应用效益性三个方面出发,建立了规划结果方案的评价指标模型;提出了任务启发式分层规划策略,结合各层次任务规划需求,构造了基于不同启发规则的任务动态插入算法;利用构造的启发式规划方法求解了一个典型的任务层规划问题,仿真结果表明该方法可以快速获得任务层规划问题可行解。提出了面向空间站运营任务层规划问题的并行优化方法。为了在合理的时间代价下获得规划问题的较优解,本文结合并行计算技术和遗传算法对任务层规划问题并行优化方法进行了研究,建立了问题的单目标优化模型;提出了基于约束修正策略的遗传算法,有效对任务层规划过程中的各项约束冲突进行化解;构建了任务层规划问题的任务并行规划方法和并行遗传算法规划方法,分别利用这两种并行优化方法求解任务层规划问题,优化结果表明基于并行策略的优化方法具有良好的计算加速性能,可以获得性能较优的任务执行方案。研制开发了空间站运营任务层规划软件原型系统。针对空间站运营任务规划原型系统的研制需求,本文结合上述规划模型及方法的研究成果,研制开发了面向任务层的任务规划软件。论文以我国空间站工程需求为牵引,针对我国未来空间站运营任务层规划所面临的建模与算法问题展开了相关技术研究,并研制了规划软件原型系统。论文的研究成果进一步丰富和发展了空间站任务规划方法技术体系,可为我国空间站运营系统的建设提供技术支持。


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