前 言
随着对空间研究、开发与应用能力的不断提升,各国相继研制
并发射了大量面向各种任务要求的航天器.在轨服务作为确保各航
天器在复杂空间环境持久、稳定运行的重要手段,已成为目前航天
技术领域的重要发展方向.在轨服务建立在航天科技高度发展的基
础之上,具有服务对象高度分散、服务手段高端密集、服务方式精
准高效等特点.随着各项在轨服务任务突发性特征日益凸显,对任
务规划的时效性、资源约束性以及自主性要求也越来越高.自动化
和智能化是在轨服务任务规划技术发展的必然选择,国际空间在轨
服务的运营实践表明了这一点.为了进一步满足任务规划贯穿在轨
服务全过程这一实际需求,更好地处理这样一类持续周期长、情况
类型不均的任务规划问题,本书结合在轨服务技术发展和突出风险
处置需求,探索了人工智能先进技术应用于在轨服务任务规划的方
式方法,通过理论研究与仿真实验相结合的途径,为在轨服务提供
科学的规划手段,为解决其他领域任务规划问题提供借鉴.
本书在紧跟国际研究前沿和自主创新成果的基础上撰写完成,
系统地阐述了在轨服务任务智能规划的基本概念和原理、基础理论
和方法、数学模型和算法、案例仿真及结果.全书共分为7章.第1
章为绪论,阐述基本概念,概述技术发展,剖析研究现状.第2章
面向在轨服务全过程,在对在轨服务任务规划过程进行分析的基础
上,进行需求分析并明确本书重点,介绍一种运用智能方法来构建
在轨服务任务规划的研究框架.第3章针对服务对象众多、分散,
而在轨服务力量有限这一现状,以智能规划研究框架为依托,面向事前规划情况处置需求, 满足复合服务模式特征, 发挥Deep Q
Networks前向传输和反向训练的自主运算优势,以用于解决航天器
在轨目标分配问题,介绍一种复合服务模式下在轨目标分配方法.
第4章针对空间碎片威胁而规避不及时这一突出风险,面向临时规
划情况处置需求,发挥人工势场法运算迅速、实时规避等优势,以
用于解决航天器轨道临时规避路径规划问题,介绍一种航天器轨道
临时规避路径规划方法.第5章针对目标非合作而均衡策略难获取
这一突出问题,面向实时规划情况处置需求,将动态博弈与最优控
制相结合以有效解决航天器轨道博弈问题,介绍一种航天器轨道博
弈实时规划方法.第6章面向在轨服务任务智能规划研究实际应用,
开展任务规划系统设计,进行任务规划系统案例仿真分析,检验本
书智能规划方法的可行性和有效性.第7章展望,总结本书主要工
作和下一步研究方向.
本书的研究工作得到了军事科学院、航天工程大学、中国空间
技术研究院等单位众多领导的关心,得到了司光亚、张明智、于小
红、熊伟、张雅声、岳智宏、王新波、刘必鎏、刘小荷、周赤非、
董献洲、宋旭民、贾珺等专家领导的指导.同时,马军伟、刘海强、
刘宇辰、赵永胜、蔡宗宝、李悦、宋家乾、李亚东等单位领导给予
了大力支持,军事科学院博士刚建勋、于鸿源、马心意、施展等参
与了相关研究工作, 王雯雯、辛江、张其扬、董芳、房莹、张颂、
王涛、万康、尹文浩、张锴、王树声等提出了宝贵意见,在此一并
向他们表示感谢.
本书的出版有幸得到中国科学院周志鑫院士的关心和支持,在
此深表谢意.
由于作者水平有限,书中难免有不妥之处,敬请读者批评指正.
作 者
2021年12月于北京