趙志暉 鄧湘金 鄭燕紅 姚猛 李群智 薛博

（北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）

地外天體采樣任務(wù)的地面遙操作系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)想

趙志暉 鄧湘金 鄭燕紅 姚猛 李群智 薛博

（北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）

為解決航天器地外天體采樣任務(wù)中約束條件多、未知因素多、工作過(guò)程復(fù)雜、通信延時(shí)大和工作時(shí)間緊張等難題，文章針對(duì)地外天體采樣任務(wù)中的地面遙操作系統(tǒng)進(jìn)行分析，以快捷、準(zhǔn)確、有效為設(shè)計(jì)目的，提出了一種地面遙操作任務(wù)支持系統(tǒng)概念設(shè)想，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)代替人工參與，提高了器地交互效率和可靠性，可廣泛應(yīng)用于深空探測(cè)領(lǐng)域，尤其是地外天體采樣任務(wù)。

航天器；遙操作；地面支持系統(tǒng)

1 引言

迄今為止，人類已實(shí)現(xiàn)的地外天體探測(cè)方式主要有掠飛、撞擊、環(huán)繞、軟著陸和采樣返回等。隨著太空任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)地面遙操作系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，空間遙科學(xué)也成為了空間科學(xué)中亟待解決的重要技術(shù)問(wèn)題之一。而地外天體采樣任務(wù)由于復(fù)雜度高、難度大、工作環(huán)境和工作對(duì)象屬性具有非預(yù)知性和不確定性，以及任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中要求機(jī)動(dòng)靈活、高適應(yīng)性、高精度等，成為最典型的空間遙科學(xué)應(yīng)用之一［1］。

從空間遙科學(xué)的定義而言，空間遙科學(xué)實(shí)質(zhì)是遙現(xiàn)場(chǎng)和遙操作的集成運(yùn)用［2］，涉及遙信息獲取、遙信息傳輸、地面遙操作三大技術(shù)領(lǐng)域。遙操作是空間遙科學(xué)得以實(shí)現(xiàn)的執(zhí)行環(huán)節(jié)，而地面遙操作系統(tǒng)是遙操作有效開展的基礎(chǔ)和地面支持系統(tǒng)。在實(shí)踐中遇到的最大的難題是延時(shí)，因?yàn)槠鞯鼐嚯x遙遠(yuǎn)，遙信息的傳輸需要較長(zhǎng)的時(shí)間。以地球－火星通信為例，考慮地火最遠(yuǎn)距離情況下，一個(gè)通信周期需要40min左右；另一方面則是由地面遙操作系統(tǒng)效率較低所致，從遙信息處理到遙操作決策的整個(gè)過(guò)程需要進(jìn)行步驟優(yōu)化和時(shí)間把控。

地外天體采樣任務(wù)旨在從地球以外天體采集土壤、巖石等樣品，并對(duì)其進(jìn)行就位分析或運(yùn)載返回地球進(jìn)行研究分析，是復(fù)雜性較高、難度較大的深空探測(cè)任務(wù)之一。地外天體采樣任務(wù)主要通過(guò)軟著陸就位勘察或采樣返回的探測(cè)方式。由于地外天體采樣任務(wù)需要根據(jù)采樣地點(diǎn)環(huán)境狀況和采樣目標(biāo)理化屬性選擇相應(yīng)的采樣方式、恰當(dāng)?shù)牟蓸訒r(shí)機(jī)和合理的采樣策略［3］，而地點(diǎn)環(huán)境狀況和采樣目標(biāo)理化屬性又具有不可預(yù)知性和不確定性的特點(diǎn)，所以地外天體采樣任務(wù)相較其他深空探測(cè)任務(wù)需要更多、更有效的地面遙操作系統(tǒng)支持。

蘇聯(lián)/俄羅斯、美國(guó)等國(guó)家已對(duì)地外天體土壤、巖石等樣品成功進(jìn)行過(guò)多次采樣、就位分析及返回任務(wù)。我國(guó)迄今為止尚未進(jìn)行過(guò)地外天體采樣任務(wù)，在未來(lái)的深空探測(cè)尤其是地外天體采樣任務(wù)中，研制高效的地面遙操作系統(tǒng)是一項(xiàng)亟待開展的工作。本文對(duì)國(guó)外成熟的地面遙操作系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)研，提出了一種基于自動(dòng)化流程思想的快捷、準(zhǔn)確、有效的地面遙操作系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)，可為未來(lái)面向地外天體采樣任務(wù)的地面遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

2 地面遙操作技術(shù)調(diào)研

2.1 蘇聯(lián)月球車

蘇聯(lián)于1970年11月發(fā)射攜帶巡視器月球車1號(hào)（Lunokhod－1）的月球－17探測(cè)器（Lunar－17）［4］，首次使用巡視器在月面巡視勘察，巡視器共行走10.54km，返回傳輸2萬(wàn)張照片和200段視頻，進(jìn)行了500余次的月壤力學(xué)試驗(yàn).對(duì)25個(gè)點(diǎn)上的土壤進(jìn)行了化學(xué)分析。并于1973年1月發(fā)射攜帶巡視器月球車2號(hào)（Lunokhod－2）的月球－21探測(cè)器（Lunar－21），在月面開展科學(xué)探測(cè)活動(dòng)，巡視器行走里程達(dá)37km。

以上兩個(gè)月面巡視器的地面操控中心，以不同攝像頭形成的小畫幅圖像作為參考，完成月面巡視器的月表運(yùn)動(dòng)控制，其中障礙辨別功能、確定到障礙的距離、分析道路可穿越性和月面巡視器運(yùn)動(dòng)控制、科學(xué)探測(cè)任務(wù)執(zhí)行等操作，均由地面遙控組的成員共同完成。

在Lunokhod遙操作過(guò)程中，器上基本沒(méi)有自主能力，接收和傳輸電視圖像，及遙測(cè)信息均具有時(shí)間延遲；由于地月距離較近，遙操作的時(shí)延問(wèn)題并不凸顯。

2.2 火星探路者

美國(guó)火星探路者（Pathfinder）項(xiàng)目使用的索杰納（Sojourner）巡視器［5］，于1996年12月發(fā)射，1997年7月在火星表面的戰(zhàn)神谷（Ares Vallis）區(qū)域著陸。Sojourner在火星表面上工作了約83個(gè)火星日，對(duì)火星表面巖石、土質(zhì)的地質(zhì)與元素成分以及火星大氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了采樣分析。

由于火星與地球之間通信存在較大的時(shí)延，因此，相對(duì)于月球巡視器，對(duì)火星巡視器的自主性有更高的要求。Sojourner通過(guò)著陸器與地面進(jìn)行周期性的通信，由地面巡視器控制工作站完成遙測(cè)信息分析和遙控指令上行。著陸器與地球之間的通信每天進(jìn)行兩次，每次兩個(gè)小時(shí)。Sojourner定期向地球發(fā)送請(qǐng)求指令，根據(jù)地面指令執(zhí)行任務(wù)，指令執(zhí)行結(jié)果生成遙測(cè)數(shù)據(jù)，并將遙測(cè)信息存儲(chǔ)在著陸器上；當(dāng)沒(méi)有可執(zhí)行的指令時(shí)，Sojourner發(fā)送前一個(gè)周期的遙測(cè)信息到著陸器上。當(dāng)巡視器每天工作結(jié)束時(shí)，地面科學(xué)家和工程師小組利用巡視器和著陸器拍攝的圖像，指定巡視器下一步的目標(biāo)位置，進(jìn)行路徑規(guī)劃，形成下一次的控制指令。

在Sojourner遙操作中，由于地球和火星之間的時(shí)延使地面操作人員不能實(shí)時(shí)控制巡視器，地面操作人員根據(jù)傳回的圖像周期性地操作控制巡視器；雖然器上自主能力不高，但在一定程度上緩解了通信延時(shí)給遙操作帶來(lái)的困難，使大延時(shí)的地面遙操作成為可能。

2.3 火星探測(cè)漫游者

火星探測(cè)漫游者（Mars Exploration Rover，MER）［6］是美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的2003年火星探測(cè)計(jì)劃。MER包含2個(gè)項(xiàng)目（即MER－A與MER－B），分別為勇氣號(hào)（Spirit）和機(jī)遇號(hào)（Opportunity）。勇氣號(hào)于2004年1月4日在火星的古謝夫環(huán)形山（Gusev）成功著陸。機(jī)遇號(hào)于2004年1月24日在與古謝夫環(huán)形山幾乎相背的火星赤道以南2°的梅里迪亞尼平面（Terra Meridiani）順利著陸。任務(wù)目標(biāo)是在巖石和土壤中搜尋水活動(dòng)的線索。

MER的任務(wù)執(zhí)行模式是以每個(gè)火星日為周期來(lái)開展的。由地面科學(xué)家和工程師小組基于前一天傳回的圖像和數(shù)據(jù)，制定早晨發(fā)送的指令序列，專門用于當(dāng)個(gè)火星日的活動(dòng)；活動(dòng)結(jié)束后，巡視器將獲得的圖像和數(shù)據(jù)傳回地面。每個(gè)火星日的活動(dòng)時(shí)間大約為4h，一般集中在中午時(shí)分。在一個(gè)任務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中，科學(xué)家組負(fù)責(zé)決定巡視器所需要執(zhí)行的科學(xué)探測(cè)任務(wù)；基于確定的科學(xué)探測(cè)任務(wù)，工程師組和科學(xué)家組共同決定需要上傳到巡視器的指令序列；在巡視器接收到上傳指令后，即會(huì)執(zhí)行指令；與此同時(shí)，地面操作人員監(jiān)控巡視器的運(yùn)行，并將得到的科學(xué)和工程數(shù)據(jù)發(fā)送給科學(xué)家組和工程師組；在分析返回的科學(xué)數(shù)據(jù)和確認(rèn)巡視器的狀態(tài)之后，科學(xué)家和工程師小組將會(huì)基于這些信息確定下一步的決策，然后再將決策的指令序列上傳，由此循環(huán)往復(fù)。

在MER遙操作中，MER具有較高的自主能力，可以在大時(shí)延情況下完成較復(fù)雜的科學(xué)探測(cè)任務(wù)；由于MER每天執(zhí)行的任務(wù)確定過(guò)程復(fù)雜，需要經(jīng)過(guò)評(píng)估、分析、規(guī)劃、討論、仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證等處理過(guò)程，所以每天僅執(zhí)行一次任務(wù)序列，效率較低。

2.4 國(guó)外調(diào)研情況小結(jié)

深空探測(cè)領(lǐng)域的地面遙操作系統(tǒng)，從20世紀(jì)60年代美蘇“空間競(jìng)賽”時(shí)期開始出現(xiàn)。從蘇聯(lián)月球車1號(hào)地面操控系統(tǒng)到美國(guó)Sojourner火星車地面操控系統(tǒng)，再到美國(guó)MER地面任務(wù)規(guī)劃與操控系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)、機(jī)器人等技術(shù)的發(fā)展，地面遙操作系統(tǒng)日臻完善，現(xiàn)如今已經(jīng)可以通過(guò)地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與星上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的器地自主交互的方式，實(shí)現(xiàn)將人完全置于決策者的位置，而任務(wù)的執(zhí)行靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自主完成的工作模式，在深空探測(cè)尤其是地外天體采樣任務(wù)中發(fā)揮了重要的作用［7］。但時(shí)延仍舊為器地交互遙操作技術(shù)發(fā)展過(guò)程中要解決的重要問(wèn)題之一（見表1）。

表1 地面遙操作系統(tǒng)調(diào)研情況Table1 Investigation of the telemanipulation system

綜上分析可知：

（1）通信時(shí)延主要與地球和探測(cè)目標(biāo)星球的距離有直接關(guān)系，若要提高通信效率需要通信技術(shù)和手段的革新。

（2）通過(guò)人工智能、視覺(jué)伺服等技術(shù)提高器上自主能力，可以在一定程度上降低延時(shí)帶來(lái)的遙操作困難和風(fēng)險(xiǎn)。器上可通過(guò)碰撞檢測(cè)、自主避障、一定程度的器上自主任務(wù)規(guī)劃等能力完成一些科學(xué)探測(cè)任務(wù)，并規(guī)避一些任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中可能存在的不可逆風(fēng)險(xiǎn)。

（3）隨著任務(wù)復(fù)雜度的提高，器上自主能力的局限性逐漸凸顯，需要地面進(jìn)行更多、更有效的干預(yù)，地面遙操作流程需要進(jìn)一步優(yōu)化，在數(shù)據(jù)處理及遙現(xiàn)場(chǎng)再現(xiàn)、任務(wù)規(guī)劃與仿真驗(yàn)證、策略生成及輔助決策等環(huán)節(jié)都需要通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)提高效率。

3 地外天體采樣任務(wù)的地面遙操作系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)

我國(guó)嫦娥三號(hào)探測(cè)器首次在地外天體上實(shí)現(xiàn)軟著陸和巡視，是我國(guó)迄今為止首次且唯一一次嘗試和初步實(shí)踐地面遙操作系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)配合，完成一些非實(shí)時(shí)月面任務(wù)。該地面遙操作系統(tǒng)也具備圖像分析、任務(wù)規(guī)劃、仿真驗(yàn)證等功能，但地面遙操作過(guò)程由于需要較多的人工干預(yù)，效率同樣較低。我國(guó)迄今為止尚未進(jìn)行過(guò)地外天體采樣任務(wù)，因此在未來(lái)的深空探測(cè)尤其是地外天體采樣任務(wù)中，快捷、準(zhǔn)確、有效的地面遙操作系統(tǒng)研究需要借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并力求創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破。

3.1 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)原則

由第2節(jié)調(diào)研內(nèi)容可知，遙操作技術(shù)在復(fù)雜性較高、難度較大的深空探測(cè)器任務(wù)中發(fā)揮了重要的作用。在未知因素多、約束條件多、工作過(guò)程復(fù)雜的地外天體采樣任務(wù)中，應(yīng)設(shè)計(jì)更加合理高效的地面遙操作系統(tǒng)進(jìn)行支持。為了合理的確定器地交互任務(wù)周期，選擇地面操控時(shí)機(jī)，制定遙操作執(zhí)行策略和預(yù)案，地外天體采樣任務(wù)的地面遙操作系統(tǒng)需要解決以下主要問(wèn)題。

（1）由于任務(wù)實(shí)施受樣品采集目標(biāo)環(huán)境影響較大，例如地形等，所以采樣區(qū)域和采樣目標(biāo)的立體三維信息是不可或缺的重要基礎(chǔ)信息之一。

（2）由于任務(wù)實(shí)施過(guò)程復(fù)雜，設(shè)備間相互配合要求高，對(duì)于任務(wù)執(zhí)行需要提前進(jìn)行規(guī)劃和仿真驗(yàn)證。

（3）由于任務(wù)實(shí)施未知因素較多，比如采樣目標(biāo)的理化特性等，需要監(jiān)控采樣裝置的工作狀態(tài)，并及時(shí)做出器上自主干預(yù)或根據(jù)預(yù)警信息進(jìn)行人工地面干預(yù)。

（4）由于任務(wù)實(shí)施工作時(shí)間緊張，動(dòng)作緊湊、連貫、次序性強(qiáng)，所以地外天體采樣任務(wù)的地面遙操作系統(tǒng)需要更加快捷、準(zhǔn)確、有效，盡可能地通過(guò)器地交互數(shù)據(jù)自動(dòng)化，將人置于決策層，減少過(guò)多的人為參與所付出的時(shí)間代價(jià)和誤操作風(fēng)險(xiǎn)。

地外天體采樣任務(wù)中地面遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則如下。

（1）有效性原則：由于設(shè)計(jì)服務(wù)對(duì)象是地外天體采樣，因此在地面遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前應(yīng)盡可能地了解采樣目標(biāo)、采樣方式、采樣時(shí)機(jī)、采樣過(guò)程等，以使系統(tǒng)建模、任務(wù)規(guī)劃、仿真分析等過(guò)程盡可能真實(shí)可靠［8］。

（2）適應(yīng)性原則：由于采樣任務(wù)在軌約束條件和未知因素較多，所以地面遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以通過(guò)知識(shí)積累及專家知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種常規(guī)工況及未知工況的任務(wù)分析規(guī)劃與執(zhí)行。

（3）時(shí)效性原則：在器地遙測(cè)遙控交互以及地面大數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，盡可能將人置于決策層，通過(guò)器地交互數(shù)據(jù)自動(dòng)化，使地面遙操作系統(tǒng)更加快速和方便［9］。

3.2 概念設(shè)想與工作原理

地外天體采樣任務(wù)在軌支持中，需要在有限的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜的任務(wù)實(shí)施過(guò)程，所以其地面遙操作系統(tǒng)需要對(duì)任務(wù)情況進(jìn)行全面獲取、快速處理和分析評(píng)估［10］，進(jìn)而提供有效的地面決策和干預(yù)，快捷、準(zhǔn)確、有效的在軌任務(wù)支持是地面遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)。因此，需要在具備采樣環(huán)境及過(guò)程遙顯示、任務(wù)規(guī)劃遙分析、執(zhí)行策略仿真驗(yàn)證等基本功能之外，應(yīng)增加地面遙操作自動(dòng)化流程功能。將遙測(cè)數(shù)據(jù)和工程圖像數(shù)據(jù)快速處理、創(chuàng)建采樣目標(biāo)區(qū)域的三維場(chǎng)景、對(duì)采樣目標(biāo)樣品和采樣裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，以及根據(jù)探測(cè)器狀態(tài)、光照、能源、測(cè)控、溫度情況和采樣目標(biāo)分析數(shù)據(jù)，對(duì)采樣任務(wù)進(jìn)行快速規(guī)劃，對(duì)仿真等環(huán)節(jié)通過(guò)任務(wù)調(diào)度功能模塊進(jìn)行自動(dòng)化無(wú)縫連接，以計(jì)算機(jī)的高效率替代人工操作的低效率［11］，第一時(shí)間為地面操控人員提供任務(wù)規(guī)劃和仿真結(jié)果用于輔助決策，提高地面遙操作系統(tǒng)的時(shí)效性。

針對(duì)地外天體采樣任務(wù)的特點(diǎn)，本文設(shè)想的地外天體采樣任務(wù)地面遙操作系統(tǒng)概念原理框圖如圖1所示，主要包括數(shù)字仿真分析系統(tǒng)和任務(wù)調(diào)度與控制系統(tǒng)兩部分［12］。其中數(shù)字仿真分析系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理、圖像處理、任務(wù)規(guī)劃、數(shù)字仿真、專家知識(shí)庫(kù)等子功能模塊組成，任務(wù)調(diào)度與控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理、遙控管理、遙測(cè)顯示等子功能模塊以及任務(wù)調(diào)度模塊組成，數(shù)字仿真分析系統(tǒng)的各軟件都受任務(wù)調(diào)度模塊的調(diào)度控制。地面遙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)以自動(dòng)化流程設(shè)計(jì)為核心思想，實(shí)現(xiàn)快捷、準(zhǔn)確、有效的地面支持。

圖1 地外天體采樣任務(wù)的地面遙操作系統(tǒng)構(gòu)成概念框圖Fig.1 Schematic diagram of the telemanipulation system for the sampling mission

此地面遙操作系統(tǒng)的工作原理流程如下。

（1）地面數(shù)據(jù)處理模塊接收和存儲(chǔ)器上下傳的遙測(cè)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并在地面系統(tǒng)局域網(wǎng)中廣播；

（2）遙測(cè)顯示模塊對(duì)下行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)解析和顯示，并由任務(wù)調(diào)度模塊發(fā)起地面遙操作自動(dòng)化處理流程，包括圖像處理、任務(wù)規(guī)劃、仿真驗(yàn)證等任務(wù)；

（3）圖像處理模塊可快速地進(jìn)行圖像處理，三維立體重構(gòu)采樣環(huán)境，并給出采樣目標(biāo)點(diǎn)、采樣裝置狀態(tài)等重要信息；

（4）任務(wù)規(guī)劃模塊根據(jù)圖像分析結(jié)果和遙測(cè)數(shù)據(jù)，快速進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，得到任務(wù)執(zhí)行指令序列，并經(jīng)過(guò)數(shù)字仿真模塊的驗(yàn)證，最終得到多個(gè)可行有效的策略方案供地面操控人員決策和選擇；

（5）專家知識(shí)庫(kù)模塊可以記錄地面試驗(yàn)中所有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和故障模式，輔助任務(wù)規(guī)劃和數(shù)字仿真，以提高任務(wù)規(guī)劃和仿真的快捷性、準(zhǔn)確性和有效性；

（6）地面遙操作系統(tǒng)在第一時(shí)間為地面操控人員提供任務(wù)規(guī)劃和仿真結(jié)果用于輔助決策，最終所決策的策略方案，以任務(wù)執(zhí)行指令序列的形式上行注入探測(cè)器執(zhí)行；

（7）該全過(guò)程在任務(wù)調(diào)度模塊的調(diào)度下完成，地面操控人員只需在任務(wù)調(diào)度終端和遙測(cè)顯示與判讀終端進(jìn)行監(jiān)視，并在總控終端進(jìn)行適時(shí)人工干預(yù)。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

地外天體采樣任務(wù)中的地面遙操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)如下。

（1）面向任務(wù)的模型建立，直接關(guān)系到任務(wù)規(guī)劃和數(shù)字仿真的真實(shí)性和有效性，是地面遙操作系統(tǒng)最基礎(chǔ)組成部分，而真實(shí)有效的規(guī)劃仿真又是地面遙操作支持的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（2）面向任務(wù)的專家知識(shí)庫(kù)建立，直接關(guān)系到器地交互對(duì)于任務(wù)開展的自適應(yīng)，越強(qiáng)大的專家知識(shí)庫(kù)，越能在不確定因素多的采樣任務(wù)復(fù)雜工況中發(fā)揮輔助決策的重要作用，增強(qiáng)地面遙操作系統(tǒng)的適應(yīng)性，降低任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，提高任務(wù)支持的可靠性和準(zhǔn)確性。

（3）任務(wù)調(diào)度自動(dòng)化，可在器地遙測(cè)遙控交互及地面大數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，盡可能將人置于決策層，通過(guò)器地交互數(shù)據(jù)自動(dòng)化，使地面遙操作系統(tǒng)更加快速和方便。

為改善并解決地面遙操作系統(tǒng)時(shí)效性問(wèn)題，此地面遙操作系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于任務(wù)調(diào)度與控制系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度模塊，通過(guò)任務(wù)總線的管理和調(diào)度整個(gè)地面遙操作系統(tǒng)的其他各模塊。當(dāng)?shù)孛孢b操作系統(tǒng)各個(gè)模塊在任務(wù)總線上查詢到任務(wù)調(diào)度模塊推送的任務(wù)時(shí)，獲取任務(wù)并執(zhí)行，并周期性地向任務(wù)調(diào)度模塊饋送自身運(yùn)行的狀態(tài)信息。

任務(wù)調(diào)度模塊根據(jù)地面試驗(yàn)和在軌任務(wù)的流程設(shè)計(jì)，在地面試驗(yàn)或在軌任務(wù)執(zhí)行進(jìn)程中通過(guò)對(duì)器地交互信息和地面遙操作系統(tǒng)各個(gè)功能組成模塊之間交互信息的監(jiān)測(cè)控制，以及對(duì)任務(wù)生命周期內(nèi)的重要事務(wù)和數(shù)據(jù)活動(dòng)的跟蹤分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作流程的自主進(jìn)程控制和管理，提高地面遙操作系統(tǒng)效率。例如：數(shù)字仿真分析系統(tǒng)各組成模塊需要配合工作，交互輸入輸出，關(guān)系密切，如果由計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)完成復(fù)雜的運(yùn)算和操作及調(diào)度管理，各模塊的運(yùn)行和信息交互在任務(wù)調(diào)度模塊的調(diào)度管理下全部自動(dòng)完成，那么就可以高效地完成圖像處理、任務(wù)規(guī)劃、仿真分析、專家知識(shí)庫(kù)評(píng)估等一系列工作，將人置于決策層，從而大大提高地面遙操作系統(tǒng)的可靠性和時(shí)效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為復(fù)雜性較高、難度較大的深空探測(cè)器任務(wù)之一，地外天體采樣任務(wù)具有約束條件多、未知因素多，工作過(guò)程復(fù)雜，工作時(shí)間緊張，動(dòng)作緊湊、連貫、次序性強(qiáng)，設(shè)備間相互配合要求高等特點(diǎn)。本文根據(jù)地外天體采樣任務(wù)特性，以自動(dòng)化流程為核心思想，以快捷、準(zhǔn)確、有效的在軌任務(wù)支持為目標(biāo)，提出了一種由任務(wù)調(diào)度與控制系統(tǒng)和數(shù)字仿真分析系統(tǒng)等組成的地面遙操作任務(wù)支持系統(tǒng)概念設(shè)想，并闡述了其工作原理，具備統(tǒng)一調(diào)度控制、快速圖形分析和可靠規(guī)劃仿真等特點(diǎn)。

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（編輯：李多）

A Thought of Telemanipulation System Structure for Sampling Mission on Extraterrestrial Celestial Bodies

ZHAO Zhihui DENG Xiangjin ZHENG Yanhong YAO Meng LI Qunzhi XUE Bo
（Beijing Institute of Spacecraft System Engineering，Beijing 100094，China）

Considering such issuses as many restrictions，mutiple X factors，complex process，long communication time delay and limited work time in spacecraft sampling mission on extraterrestrial celestial bodies，this paper discusses the telemanipulation system for sampling mission on extraterrestrial celestial bodies，and designs a speedy exact effective telemanipulation system.The telemanipulation system advances efficiency and dependability of satellite－ground communication by using computer technology instead of human interposition.It can be applied to the deep space exploration field，the sampling mission on extraterrestrial celestial bodies especially.

spacecraft；telemanipulation；ground assistant system

V44

A

10.3969/j.issn.1673－8748.2016.05.012

2014－10－31；

2016－08－20

趙志暉，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)楹教炱骺傮w設(shè)計(jì)。Email：xzzhdr@163.com。