面向突发任务的空间站任务重规划方法.pdf

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1、航空学报Jul．252017V01．38No．7ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．eduCRhkxb@buaa．edu．cn面向突发任务的空间站任务重规划方法牟帅，卜慧蛟，张进，罗亚中*国防科学技术大学航天科学与工程学院，长沙410073摘要：针对空间站在轨运营出现突发任务的情况，提出一种基于启发式规则的任务重规划方法，满足了方案重规划的快速响应需求。根据任务执行的连续性特点和冲突状

2、态，建立了空间站突发任务规划领域模型。考虑重规划过程中任务包含活动间复杂约束关系传播的影响，提出了时间回溯迭代冲突化解策略，同时依据任务执行时间间隔，提出针对间隔插空的时间冗余启发式规则。基于时间回溯迭代冲突化解策略和时间冗余启发式规则，对原任务执行计划进行实时重规划，实现了突发任务的快速响应。应用算例分析表明，提出的重规划方法可以成功地满足空间站突发任务规划需求，实现实时更新空间站在轨任务执行详单的目的。关键词：空间站；任务规划；启发式；突发任务；快速响应中图分类号：V423．7文献标识码：A文章

3、编号：1000—6893(2017)07—320793—08空间站任务规划是空间站长期运营、有效管理的关键技术，当前的空间站任务规划研究主要满足国际空间站运营需求。国际空间站已经在轨运行多年，参加运营的主要国家和组织已经开发了多种任务运营规划系统。美国约翰逊中心开发的集成规划系统(IntegratedPlanningSystem，IPS)是国际空间站的核心任务规划系统L1j。JPL人工智能部开发了连续活动调度规划执行和重规划系统口≈]。欧洲航天局针对其运营舱段，开发了运营准备与规划系统(0’pera

4、tionsPreparationandPlanningSystem，0PPS)E4]。但是，上述文献主要介绍了国际空间站软件系统的功能架构，公开的国外文献中很少有针对空问站任务规划具体模型和方法的研究论述。而国内在空间站任务规划方面的研究还处在起步阶段。文献[5—6]结合国外空间站运营任务规划概念和典型的空间站任务规划系统，对中国空间站运营任务规划关键技术提出了发展建议。文献[7—8]对空间站长期运营任务规划及建模进行了研究。文献F9—10]对空间站短期任务规划进行了分析研究，提出了基于本体模型的任

5、务规划模型和基于时问迭代的任务冲突化解策略。上述研究中没有考虑空间站任务执行过程中出现突发情况的影响，而在工程实际中，空间站在轨设备可能会发生故障，人员操作失误等也难以完全避免。当这些突发情况发生时，航天员必须首先处理突发事件，这样就会造成当前执行任务延迟或取消，原始的任务执行计划便失去了时效性。所以，寻找一种应对突发任务的快速重规划方法是十分必要的。在其他领域，文献[11—13]对面向动态需求的卫星滚动式重调度方法进行了研究。文献E14]解决了高空飞艇的应急调度问题。但是，这些研究主要针对包含单个

6、活动的观测任务，对于时效性强、包含活动多、约束复杂的空间收稿日期：2016-09—19；退修日期：2016—10—18；录用日期：2016—12—07；网络出版时间：2016—12—1916：13网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．201612191613．002．htmI基金项目：国家自然科学基金(11402295)；国家“973”计划(201308733100)；湖南省自然科学基金(2015JJ3020)*通讯作者．E-mail：luoyz@nud

7、t．eduCR引用格武

8、牟姊．h慧蛟．张避．等i面向突发任务的空阃站任务重规翱方法￡Jj．航空学报，2017，38(7)：320793．MUStBUHJ。ZHANGJ。eta1．Re．planningmethodforspacestationpop-upmissionsfJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2017．38(7)：320793．320793．1航空学报站在轨运营任务，这些方法则不能完全适用。文献[15一l7Jx4深空探测器复杂约束和启发式任务规

9、划方法进行了研究。但是，这些方法没有考虑重规划过程中约束传播以及突发任务对原任务执行计划带来的影响，也不能直接应用于空间站任务重规划。本文主要针对空间站运营过程中出现突发情况时，对原任务执行计划进行快速地重新规划。提出时间回溯迭代冲突化解策略，以解决重规划过程中复杂约束关系传播造成的影响，提出时间冗余启发式规则，以实现对突发任务的快速响应．并维持原任务执行计划的相对稳定性。1问题描述面向突发任务的空间站任务重规划问题是指在空间站在轨运行期间，当设备故障、人员操作失误、