CN116167520B - 一种航天员出舱活动窗口确定***、方法、介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航天领域，尤其涉及一种航天员出舱活动窗口确定***、方法、介质及设备。该***包括：轨道计算模块、空间环境分析模块、能源角计算模块、应用模式调管模块、宏观时间窗口预报模块以及出舱时间窗口综合决策模块。本发明统筹考虑三种应用模式包括宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式，该三种应用模式可应用于线上业务流程建设和线下综合离线分析的大部分场景，适用范围大，普适度高。组合约束条件排序决策方式的预报方法应用于出舱时间窗口综合决策过程，大大提高了基于多约束条件进行航天员出舱窗口分析的灵活性和自由度，拓宽了用户使用与分析的维度。

Description

一种航天员出舱活动窗口确定***、方法、介质及设备
技术领域
本发明属于航天领域，尤其涉及一种航天员出舱活动窗口确定***、方法、介质及设备。
背景技术
航天员出舱活动是载人航天任务飞行事件中十分重要的一项，将根据任务安排适时开展舱外活动。为确保任务顺利实施以及航天员的安全，在规划航天员出舱活动窗口时需要考虑众多约束条件，诸如：能源约束、计划事件编排、空间环境、天地作息约束和气象条件等。因航天员出舱窗口的选择和执行是结合载人航天器轨道条件和任务编排等因素动态滚动迭代实施的，该过程大体分为两个阶段，一个是基于任务需要与保障条件的宏观时间窗口的选择，另一个是结合实施出舱活动的各类约束条件的具体出舱时间窗口的选择。航天员出舱活动窗口选择的过程牵扯众多***的多轮交互、配合与协商，现行任务实施过程中多是以会议的形式完成多轮确认，因此现行状态容易导致过程质量不受控、工作效率低、无一体化管理的问题。
随着载人航天事业的蓬勃发展，空间站建造的稳步推进，舱外载荷试验的频繁需求，航天员将更频繁地进行出舱活动，往返于舱内与舱外。基于此，在当前阶段，航天员出舱活动窗口选择亟待一套更高效、灵活、智能化的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种航天员出舱活动窗口确定***、方法、介质及设备。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种航天员出舱活动窗口确定***，包括：轨道计算模块、空间环境分析模块、能源角计算模块、应用模式调管模块、宏观时间窗口预报模块以及出舱时间窗口综合决策模块；
所述应用模式调管模块用于：获取每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息以及初始轨道数据；
所述轨道计算模块用于：基于所述初始轨道数据以及待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式进行轨道外推数据计算，生成计算结果，并将所述计算结果发送至所述能源角计算模块以及空间环境分析模块；
所述能源角计算模块用于：基于所述计算结果进行太阳矢量以及轨道间夹角计算，生成时间序列能源角数据，并将能源角数据发送至所述宏观时间窗口预报模块；
所述宏观时间窗口预报模块用于：基于所述能源角数据，确定满足预设能源约束条件的时间窗口；
所述空间环境分析模块用于：基于所述计算结果，结合预设辐射带约束条件，对所述出舱的航天员所在航天器轨道途径的空间环境进行预测，生成预测结果；
所述出舱时间窗口综合决策模块用于：基于出舱综合约束条件，结合所述预测结果以及满足预设能源约束条件的时间窗口确定待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
本发明的有益效果是：本发明统筹考虑三种应用模式包括宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式，该三种应用模式可应用于线上业务流程建设和线下综合离线分析的大部分场景，适用范围大，普适度高。组合约束条件排序决策方式的预报方法应用于出舱时间窗口综合决策过程，大大提高了基于多约束条件进行航天员出舱窗口分析的灵活性和自由度，拓宽了用户使用与分析的维度。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，还包括：
可视化展示模块用于：显示所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、所述每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息、所述计算结果、所述能源角数据、所述满足预设能源约束条件的时间窗口、所述预测结果以及所述待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
进一步，所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式以及分析时间窗口模式。
进一步，所述待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式对应的快速轨道计算模型、具体出舱时间窗口预报模式对应的高精度轨道计算模型以及分析时间窗口模式对应的轨道计算模型集中的一种轨道计算模型。
进一步，还包括：
数据后端服务模块用于：将推送数据传输至所述可视化展示模块，所述推送数据包括所述可视化展示模块展示的数据。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种航天员出舱活动窗口确定方法，包括：
步骤1，应用模式调管模块获取每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息以及初始轨道数据；
步骤2，轨道计算模块基于所述初始轨道数据以及待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式进行轨道外推数据计算，生成计算结果，并将所述计算结果发送至能源角计算模块以及空间环境分析模块；
步骤3，能源角计算模块,基于所述计算结果进行太阳矢量以及轨道间夹角计算，生成时间序列能源角数据，并将能源角数据发送至宏观时间窗口预报模块；
步骤4，,宏观时间窗口预报模块基于所述能源角数据，确定满足预设能源约束条件的时间窗口；
步骤5，空间环境分析模块基于所述计算结果，结合预设辐射带约束条件，对所述出舱的航天员所在航天器轨道途径的空间环境进行预测，生成预测结果；
步骤6，出舱时间窗口综合决策模块基于出舱综合约束条件，结合所述预测结果以及满足预设能源约束条件的时间窗口确定待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
本发明的有益效果是：本发明统筹考虑三种应用模式包括宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式，该三种应用模式可应用于线上业务流程建设和线下综合离线分析的大部分场景，适用范围大，普适度高。组合约束条件排序决策方式的预报方法应用于出舱时间窗口综合决策过程，大大提高了基于多约束条件进行航天员出舱窗口分析的灵活性和自由度，拓宽了用户使用与分析的维度。
进一步，还包括：
步骤7，可视化展示模块显示所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、所述每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息、所述计算结果、所述能源角数据、所述满足预设能源约束条件的时间窗口、所述预测结果以及所述待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
进一步，所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式以及分析时间窗口模式。
进一步，所述待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式对应的快速轨道计算模型、具体出舱时间窗口预报模式对应的高精度轨道计算模型以及分析时间窗口模式对应的轨道计算模型集中的一种轨道计算模型。
进一步，还包括：
数据后端服务模块将推送数据传输至所述可视化展示模块，所述推送数据包括所述可视化展示模块展示的数据。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述任一项所述的方法。
本发明的有益效果是：本发明统筹考虑三种应用模式包括宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式，该三种应用模式可应用于线上业务流程建设和线下综合离线分析的大部分场景，适用范围大，普适度高。组合约束条件排序决策方式的预报方法应用于出舱时间窗口综合决策过程，大大提高了基于多约束条件进行航天员出舱窗口分析的灵活性和自由度，拓宽了用户使用与分析的维度。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种电子设备，包括上述存储介质、执行上述存储介质内的指令的处理器。
本发明的有益效果是：本发明统筹考虑三种应用模式包括宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式，该三种应用模式可应用于线上业务流程建设和线下综合离线分析的大部分场景，适用范围大，普适度高。组合约束条件排序决策方式的预报方法应用于出舱时间窗口综合决策过程，大大提高了基于多约束条件进行航天员出舱窗口分析的灵活性和自由度，拓宽了用户使用与分析的维度。
附图说明
图1为本发明一种航天员出舱活动窗口确定***实施例提供的结构框架图；
图2为本发明一种航天员出舱活动窗口确定方法实施例提供的流程示意图；
图3为本发明一种航天员出舱活动窗口确定方法实施例提供的***组成图；
图4为本发明一种航天员出舱活动窗口确定方法实施例提供的宏观时间窗口预报模式流程图；
图5为本发明一种航天员出舱活动窗口确定方法实施例提供的具体出舱时间窗口预报模式流程图；
图6为本发明一种航天员出舱活动窗口确定方法实施例提供的预报方法流程示意图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种航天员出舱活动窗口确定***，包括：轨道计算模块200、空间环境分析模块500、能源角计算模块300、应用模式调管模块100、宏观时间窗口预报模块400以及出舱时间窗口综合决策模块600；
所述应用模式调管模块100用于：获取每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息以及初始轨道数据；
所述轨道计算模块200用于：基于所述初始轨道数据以及待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式进行轨道外推数据计算，生成计算结果，并将所述计算结果发送至所述能源角计算模块300以及空间环境分析模块500；
所述能源角计算模块300用于：基于所述计算结果进行太阳矢量以及轨道间夹角计算，生成时间序列能源角数据，并将能源角数据发送至所述宏观时间窗口预报模块400；
所述宏观时间窗口预报模块400用于：基于所述能源角数据，确定满足预设能源约束条件的时间窗口；
所述空间环境分析模块500用于：基于所述计算结果，结合预设辐射带约束条件，对所述出舱的航天员所在航天器轨道途径的空间环境进行预测，生成预测结果；
所述出舱时间窗口综合决策模块600用于：基于出舱综合约束条件，结合所述预测结果以及满足预设能源约束条件的时间窗口确定待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
在一些可能的实施方式中，本发明统筹考虑三种应用模式包括宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式，该三种应用模式可应用于线上业务流程建设和线下综合离线分析的大部分场景，适用范围大，普适度高。组合约束条件排序决策方式的预报方法应用于出舱时间窗口综合决策过程，大大提高了基于多约束条件进行航天员出舱窗口分析的灵活性和自由度，拓宽了用户使用与分析的维度。
需要说明的是，如图3所示，本发明提供了一种航天员出舱活动实际窗口预报***包括应用模式调管模块100、轨道计算模块200、能源角计算模块300、宏观时间窗口预报模块400、空间环境分析模块500、出舱时间窗口综合决策模块600、数据后端服务模块、和可视化展示模块：
所述应用模式调管模块100用于：获取每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息以及初始轨道数据；该模块的具体内容可参考如下示例：
首先，对部分名词等进行解释：
出舱活动窗口确定是多***的多轮交互、迭代确定的过程。按照任务的规划和执行惯例，主要涉及两个阶段，第一个阶段是粗确定(即宏观窗口预报)，第二是精确定(即具体时间窗口)，然后就是实施过程。但是在任务规划过程会牵涉窗口约束条件放宽或者调整的需要，所以有过程分析的需求。结合这三种工作需要，本方案中称之为不同的应用场景。
配置状态信息包括：轨道计算相关配置(轨道计算步长、外推天数等)；
包括能源约束条件相关配置(能源约束文件、自定义能源约束角、能源角输出间隔配置等)；
预报相关配置(定时处理配置、是否时间窗口分析开关等)；
空间环境相关配置(辐射带质子模型类型、能量阈值、质子通量阈值、窗口持续时长等)。
应用模式调管模块100：用于接收不同航天员出舱活动窗口应用场景模式和配置状态信息，根据预选状态(上述配置状态信息的相关配置或者选项)自动调度(***是有几个流程脚本可以调度不同的计算模块比如：能源角计算模块执行完，脚本可以自动启动宏观时间窗口预报模块。例如，如果选择了配置状态信息中的“是否时间窗口分析”，如果状态为选中，则进行高精度轨道模型计算然后进行空间环境分析模块的相关计算与分析)和管理(管理也就是通过用户界面配置，体现在***内部数据流走向的自动识别计算与输出的管理。)不同应用模式数据处理流程；
所述轨道计算模块200用于：基于所述初始轨道数据以及待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式进行轨道外推数据计算(该计算为现有技术，在此不做赘述)，生成计算结果，并将所述计算结果发送至所述能源角计算模块300以及空间环境分析模块500；该模块的具体内容可参考如下示例：
轨道计算模块200：用于接收应用模式调管模块100发送的轨道计算方式状态(即，根据航天员出舱活动窗口应用场景模式相对应的处理方式)和初始轨道数据，进行轨道外推并按配置分别输出用于能源角计算、空间环境分析和其他分析(例如分析时间窗口模式想看看更改轨道预报模型和不同外推配置时输出的轨道结果)的不同状态轨道数据；
所述能源角计算模块300用于：基于所述计算结果进行太阳矢量以及轨道面间夹角计算，生成时间序列能源角数据，并将能源角数据发送至宏观时间窗口预报模块；该模块的具体内容可参考如下示例；
能源角计算模块300：用于接收轨道计算模块200传递的轨道数据(时间、位置、速度或者轨道根数)，利用其中的位置矢量、速度矢量确定轨道面，并计算太阳矢量与轨道面间的夹角即能源角，并输出时间序列的能源角数据；
所述宏观时间窗口预报模块400用于：基于所述能源角数据，确定满足预设能源约束条件的时间窗口(能源约束条件就是给出满足能源角大于A度或者小于B度。该模块可以根据判断条件进行筛选。)；该模块的具体内容可参考如下示例：
宏观时间窗口预报模块400：用于接收能源角计算模块300发送的能源角数据及能源约束条件(例如，太阳矢量与轨道面夹角大于50°，或小于30°)，根据能源约束条件判识满足条件的时间窗口并输出给数据后端服务模块；
所述空间环境分析模块500用于：基于所述计算结果，结合预设辐射带约束条件(约束条件包括：空间环境相关配置(辐射带质子模型类型、能量阈值、质子通量阈值、窗口持续时长)，比如轨道上能量>10Mev质子的通量>1cm-2s-1作为辐射带边界条件)，对所述出舱的航天员所在航天器轨道途径的空间环境进行预测(选用辐射带质子模型(基于AP9AE9模型而形成的空间环境仿真计算方法)进行预报)，生成预测结果；该模块的具体内容可参考如下示例：
空间环境分析模块500：用于接收轨道计算模块200发送的轨道数据，结合预设辐射带约束条件，预报轨道途经的空间环境；
所述出舱时间窗口综合决策模块600用于：基于出舱综合约束条件(包括出舱间隔周期、出舱时段、气象条件和计划时间)，结合所述预测结果以及满足预设能源约束条件的时间窗口确定待出舱活动的航天员的出舱活动窗口；该模块的具体内容可参考如下示例：
确定过程具体为：综合决策方式为组合约束条件选择排序方法，该方法可以按需自由组合不同的约束条件，并可以给不同约束条件按优先级排序，输出综合决策后的出舱时间窗口。
出舱时间窗口综合决策模块600：用于根据出舱综合约束条件综合决策可用于具体出舱的时间窗口，综合约束条件包括出舱间隔周期、出舱时段、气象条件和计划时间；综合决策方式为组合约束条件选择排序方法；
其中，该模块用于接收空间环境分析模块输出的预测结果，数据后端服务模块推送的外***数据，综合约束条件开关指令及对应的优先级指令，采用组合约束条件选择排序方法的综合决策方式层层筛选，确定出可用于具体出舱的时间窗口。例如，当应用模式为宏观时间窗口预报模式时，综合约束条件可配置为计划时间(第一优先级)、出舱时段(第二优先级)；当为具体出舱时间窗口预报模式时，综合约束条件可配置为计划时间(第一优先级)、出舱时段(第二优先级)、气象条件(第三优先级)、出舱间隔周期(第四优先级)。
数据后端服务模块：用于接收外***数据并传递给***内部使用，用于推送***特定结果数据至外***，用于将内部数据推送给可视化展示模块进行显示；外***数据包括轨道数据、能源约束、任务计划、计划事件、气象条件和天地作息约束数据；特定结果数据包括宏观时间窗口分析结果和具体出舱时间窗口分析结果；
可视化展示模块：用于显示不同应用模式的配置、处理过程、结果及与外***交互状态。
其中，应用模式调管模块100所运行的应用模式包括航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式；
宏观时间窗口预报模式能够动态利用外***传入的轨道数据和能源约束数据，调用快速轨道计算模型计算相关轨道数据，然后传递给能源角计算模型计算时间序列的能源数据，结合能源约束条件，经判识后输出宏观时间窗口分析结果；该模式可以按需驱动空间环境分析模块500、出舱时间窗口综合决策模块600输出另一状态下的宏观时间窗口分析结果；
具体出舱时间窗口预报模式能够动态利用外***传入的轨道数据、任务计划、计划事件、气象条件、天地作息约束及内部***生成的宏观时间窗口分析结果，根据是否有任务计划和备份窗口需求采用高精度轨道计算模型计算对应日期的相关轨道数据，然后传递给空间环境分析模块500进行空间环境预报，经出舱时间窗口综合决策模块600后输出具体出舱时间窗口分析结果；
分析时间窗口模式能够根据分析目的自定义轨道数据、能源约束、任务计划、计划事件、气象条件和天地作息约束数据的初始状态并抉择是否使用该约束条件，可以按需选择不同轨道计算模型参与轨道计算，按需抉择是否调度与输出宏观时间窗口分析结果和具体出舱时间窗口分析结果。
轨道计算模块200包含多种轨道计算模型，当接收为宏观时间窗口预报模式时启用快速轨道计算模型，当接收为具体出舱时间窗口预报模式时启用高精度轨道计算模型，当接收为分析时间窗口模式时，提供多种轨道计算模型(包括：HPOP、SGP4、J2、J4、twobody等)权限可根据应用需求预设状态进行对应计算。
能源角计算模块300输出的时间序列能源角数据(需注意，输出的结果是两个参数，成对出现，一个时刻对应一个角度值)，可以根据配置调整其数据采样间隔。
宏观时间窗口预报模块400根据能源约束条件判识是否满足条件时，具备使用自定义能源约束条件或采用外***动态更新的能源约束数据。
空间环境分析模块500支持基于单组和多组预设辐射带约束条件进行预报。
出舱时间窗口综合决策模块600支持出舱间隔周期、出舱时段、气象条件和计划事件多项约束条件的处理能力，
出舱间隔周期，支持天地作息有考虑相邻两次出舱活动的间隔时间约束；
出舱时段，支持天地作息有考虑航天员的身体状态及天地同步作息制度要求，支持特定时段出舱需求约束；
气象条件，支持气象条件对航天员在轨测控影响等级条件的约束判断；
计划事件，支持根据计划事件动态编排，筛选可安排编排出舱活动的时间窗口。
出舱时间窗口综合决策模块600支持组合约束条件选择排序方式的预报方法，该方法可以按需自由组合不同的约束条件，并可以给不同约束条件按优先级排序，输出综合决策后的出舱时间窗口。其中，综合约束条件包括出舱间隔周期、出舱时段、气象条件和计划时间等。每个约束前都有是否选择该约束的复选框，同时有该约束条件的优先级选项(1级、2级别、、)，***会根据是否选中及所对应的优先级进行判断计算，逐层决策筛选结果顺序。
数据后端服务模块能够接收外***传入的轨道数据、能源约束、任务计划、计划事件、气象条件和天地作息约束数据给***内部使用，能够按需推送宏观时间窗口分析结果和具体出舱时间窗口分析结果支持外***进行任务规划和出舱时间窗口选择，能够为可视化展示模块进行显示提供数据支持。
可视化展示模块能够提供不同应用模式的配置界面，提供***处理过程的监管界面，提供过程和结果数据、图、表和报告的查询与展示页面，提供与外***交互状态的监管界面。
如图4为本发明中宏观时间窗口预报模式流程图，该模式能够动态利用外***传入的轨道数据和能源约束数据，定时调用快速轨道计算模型计算相关轨道数据，此实施例中采用了简化常规摄动SCP4轨道预报模型，然后传递给能源角计算模型计算时间序列的能源数据，结合能源约束条件，经判识后输出状态1宏观时间窗口分析结果；该模式根据是否有时间窗口分析的预设需求，决定是否驱动空间环境分析模块500、出舱时间窗口综合决策模块600，并输出状态2宏观时间窗口分析结果；状态1和状态2的宏观时间窗口分析结果均经过数据后端服务模块按需对外提供及提供给***内部可视化展示模块进行显示。
如图5为本发明中具体出舱时间窗口预报模式流程图，该模式能够动态利用外***传入的轨道数据、任务计划、计划事件、气象条件、天地作息约束及内部***生成的状态1宏观时间窗口分析结果，根据是否有任务计划和备份窗口需求采用高精度轨道计算模型计算对应日期的相关轨道数据，此实施例中采用了采用HPOP轨道预报模型，其中所计算日期的判断逻辑为：若需要执行工程总体指定的任务计划中的日期，则首先判断该日期是否在状态1宏观时间窗口分析结果的动态列表内(即是否满足能源约束条件)，若不是则预警提示；若是，则判断是否有预留备份窗口的需求并仅执行在状态1宏观时间窗口分析结果的动态列表内的日期；将确定日期计算出的相关轨道数据传递给空间环境分析模块500进行空间环境预报，经出舱时间窗口综合决策模块600后输出具体出舱时间窗口分析结果；
分析时间窗口模式兼具宏观时间窗口预报模式和具体出舱时间窗口预报模式的全部功能，且能够根据分析目的自定义轨道数据、能源约束、任务计划、计划事件、气象条件和天地作息约束数据的初始状态并抉择是否使用该约束条件，可以按需选择不同轨道计算模型参与轨道计算，按需抉择是否调度与输出宏观时间窗口分析结果和具体出舱时间窗口分析结果。
所述空间环境分析模块500支持基于单组和多组预设辐射带约束条件进行预报，如可以同时分析能量>5Mev和能量>10Mev，质子的通量>1cm-2s-1作为南大西洋异常区边界的约束条件。
所述出舱时间窗口综合决策模块600支持出舱间隔周期、出舱时段、气象条件和计划事件多项约束条件的处理能力，
如若有多次出舱活动接续实施的需求，需给航天员预留充分的休息和恢复时间、必要的在轨训练时间以及设备调试及准备时间，所以出舱间隔周期条件，用于支持天地作息有考虑相邻两次出舱活动的间隔时间约束；
为便于天地工作协同开展，需要综合考虑航天员的身体状态及天地同步作息制度，出舱时段尽量安排在白天，所以出舱时段条件，用于支持天地作息有考虑航天员的身体状态及天地同步作息制度要求，支持特定时段出舱需求约束；
出舱活动期间需要天地通话，指令和视频传输，中继卫星提供了必要的测控通信支持，因中继数据传输过程受气象条件影响，所以气象条件，用于支持气象条件对航天员在轨测控影响等级条件的约束判断；
计划事件编排是动态汇总各分***的计划事件然后多轮迭代后最后确定，期间会有定期的版本升级其中航天员出舱活动窗口也是其中的一项关键时间，所系计划事件条件，用于支持根据计划事件动态编排，筛选可安排编排出舱活动的时间窗口。
出舱时间窗口综合决策模块600支持组合约束条件选择排序方式的预报方法，该方法可以按需自由组合不同的约束条件，并可以给不同约束条件按优先级排序，输出综合决策后的出舱时间窗口。
数据后端服务模块能够接收外***传入的轨道数据、能源约束、任务计划、计划事件、气象条件和天地作息约束数据给***内部使用，能够按需推送宏观时间窗口分析结果和具体出舱时间窗口分析结果支持外***进行任务规划和出舱时间窗口选择，能够为可视化展示模块进行显示提供数据支持。
可视化展示模块能够提供不同应用模式的配置界面，提供***处理过程的监管界面，提供过程和结果数据、图、表和报告的查询与展示页面，提供与外***交互状态的监管界面。
优选地，在上述任意实施例中，还包括：
可视化展示模块用于：显示所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、所述每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息、所述计算结果、所述能源角数据、所述满足预设能源约束条件的时间窗口、所述预测结果以及所述待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
优选地，在上述任意实施例中，所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式以及分析时间窗口模式。
优选地，在上述任意实施例中，所述待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式对应的快速轨道计算模型、具体出舱时间窗口预报模式对应的高精度轨道计算模型以及分析时间窗口模式对应的轨道计算模型集中的一种轨道计算模型。
优选地，在上述任意实施例中，还包括：
数据后端服务模块用于：将推送数据传输至所述可视化展示模块，所述推送数据包括所述可视化展示模块展示的数据。
如图2所示，一种航天员出舱活动窗口确定方法，包括：
步骤1，应用模式调管模块100获取每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息以及初始轨道数据；
步骤2，轨道计算模块200基于所述初始轨道数据以及待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式进行轨道外推数据计算，生成计算结果，并将所述计算结果发送至能源角计算模块300以及空间环境分析模块500；
步骤3，能源角计算模块300,基于所述计算结果进行太阳矢量以及轨道间面间夹角计算，生成时间序列能源角数据，并将能源角数据发送至宏观时间窗口预报模块；
步骤4，宏观时间窗口预报模块400基于所述能源角数据，确定满足预设能源约束条件的时间窗口；
步骤5，空间环境分析模块500基于所述计算结果，结合预设辐射带约束条件，对所述出舱的航天员所在航天器轨道途径的空间环境进行预测，生成预测结果；
步骤6，出舱时间窗口综合决策模块600基于出舱综合约束条件，结合所述预测结果以及满足预设能源约束条件的时间窗口确定待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
在一些可能的实施方式中，本发明统筹考虑三种应用模式包括宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式，该三种应用模式可应用于线上业务流程建设和线下综合离线分析的大部分场景，适用范围大，普适度高。组合约束条件排序决策方式的预报方法应用于出舱时间窗口综合决策过程，大大提高了基于多约束条件进行航天员出舱窗口分析的灵活性和自由度，拓宽了用户使用与分析的维度。
需要说明的是，如图6所示，步骤S1：约束条件数据准备步骤，用于准备轨道数据、能源约束、任务计划、计划事件、气象条件和天地作息约束数据，准备形式可以为外***传入或内部自定义；
步骤S2：应用模式选择和配置步骤，按需选择不同航天员出舱活动时间窗口应用场景模式并配置对应场景的状态信息；
步骤S3：应用模式运行步骤，根据所选应用模式和配置状态调用不同数据处理和管理流程；
步骤S31：宏观时间窗口预报模式步骤，能够动态利用外***传入的轨道数据和能源约束数据，调用快速轨道计算模型计算相关轨道数据，然后传递给能源角计算模型计算时间序列的能源数据，结合能源约束条件，经判识后输出宏观时间窗口分析结果；该模式可以按需驱动空间环境分析模块500、出舱时间窗口综合决策模块600输出另一状态下的宏观时间窗口分析结果；
步骤S32：具体出舱时间窗口预报模式步骤，能够动态利用外***传入的轨道数据、任务计划、计划事件、气象条件、天地作息约束及内部***生成的宏观时间窗口分析结果，根据是否有任务计划和备份窗口需求采用高精度轨道计算模型计算对应日期的相关轨道数据，然后传递给空间环境分析模块500进行空间环境预报，经出舱时间窗口综合决策模块600后输出具体出舱时间窗口分析结果；
步骤S32：分析时间窗口模式步骤，能够根据分析目的自定义轨道数据、能源约束、任务计划、计划事件、气象条件和天地作息约束数据的初始状态并抉择是否使用该约束条件，可以按需选择不同轨道计算模型参与轨道计算，按需抉择是否调度与输出宏观时间窗口分析结果和具体出舱时间窗口分析结果；
步骤S4：数据输出步骤，按需根据不同应用模式输出对应结果数据、图、表和报告等并进行展示；
步骤S5：数据推送步骤，按需将特定宏观时间窗口分析结果和具体出舱时间窗口分析结果推送给外***。
其中，空间环境分析模块500支持基于单组和多组预设辐射带约束条件进行预报。
出舱时间窗口综合决策模块600支持出舱间隔周期、出舱时段、气象条件和计划事件多项约束条件的处理能力，
出舱间隔周期，支持天地作息有考虑相邻两次出舱活动的间隔时间约束；
出舱时段，支持天地作息有考虑航天员的身体状态及天地同步作息制度要求，支持特定时段出舱需求约束；
气象条件，支持气象条件对航天员在轨测控影响等级条件的约束判断；
计划事件，支持根据计划事件动态编排，筛选可安排编排出舱活动的时间窗口。
出舱时间窗口综合决策模块600支持组合约束条件排序决策方式的预报方法，该方法可以按需自由组合不同的约束条件，并可以给不同约束条件按优先级排序，输出综合决策后的出舱时间窗口。
优选地，在上述任意实施例中，还包括：
步骤7，可视化展示模块显示所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、所述每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息、所述计算结果、所述能源角数据、所述满足预设能源约束条件的时间窗口、所述预测结果以及所述待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
优选地，在上述任意实施例中，所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式以及分析时间窗口模式。
优选地，在上述任意实施例中，所述待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式对应的快速轨道计算模型、具体出舱时间窗口预报模式对应的高精度轨道计算模型以及分析时间窗口模式对应的轨道计算模型集中的一种轨道计算模型。
优选地，在上述任意实施例中，还包括：
数据后端服务模块将推送数据传输至所述可视化展示模块，所述推送数据包括所述可视化展示模块展示的数据。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述任一项所述的方法。
在一些可能的实施方式中，本发明统筹考虑三种应用模式包括宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式，该三种应用模式可应用于线上业务流程建设和线下综合离线分析的大部分场景，适用范围大，普适度高。组合约束条件排序决策方式的预报方法应用于出舱时间窗口综合决策过程，大大提高了基于多约束条件进行航天员出舱窗口分析的灵活性和自由度，拓宽了用户使用与分析的维度。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种电子设备，包括上述存储介质、执行上述存储介质内的指令的处理器。
在一些可能的实施方式中，本发明统筹考虑三种应用模式包括宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式和分析时间窗口模式，该三种应用模式可应用于线上业务流程建设和线下综合离线分析的大部分场景，适用范围大，普适度高。组合约束条件排序决策方式的预报方法应用于出舱时间窗口综合决策过程，大大提高了基于多约束条件进行航天员出舱窗口分析的灵活性和自由度，拓宽了用户使用与分析的维度。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。
上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种航天员出舱活动窗口确定***，其特征在于，包括：轨道计算模块、空间环境分析模块、能源角计算模块、应用模式调管模块、宏观时间窗口预报模块以及出舱时间窗口综合决策模块；
所述应用模式调管模块用于：获取每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息以及初始轨道数据；
所述轨道计算模块用于：基于所述初始轨道数据以及待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式进行轨道外推数据计算，生成计算结果，并将所述计算结果发送至所述能源角计算模块以及空间环境分析模块；
所述能源角计算模块用于：基于所述计算结果进行太阳矢量以及轨道间夹角计算，生成时间序列能源角数据，并将能源角数据发送至所述宏观时间窗口预报模块；
所述宏观时间窗口预报模块用于：基于所述能源角数据，确定满足预设能源约束条件的时间窗口；
所述空间环境分析模块用于：基于所述计算结果，结合预设辐射带约束条件，对所述出舱的航天员所在航天器轨道途径的空间环境进行预测，生成预测结果；
所述出舱时间窗口综合决策模块用于：基于出舱综合约束条件，结合所述预测结果以及满足预设能源约束条件的时间窗口确定待出舱活动的航天员的出舱活动窗口；
所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式以及分析时间窗口模式；
所述待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式对应的快速轨道计算模型、具体出舱时间窗口预报模式对应的高精度轨道计算模型以及分析时间窗口模式对应的轨道计算模型之中的一种轨道计算模型。
2.根据权利要求1所述的一种航天员出舱活动窗口确定***，其特征在于，还包括：
可视化展示模块用于：显示所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、所述每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息、所述计算结果、所述能源角数据、所述满足预设能源约束条件的时间窗口、所述预测结果以及所述待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
3.根据权利要求2所述的一种航天员出舱活动窗口确定***，其特征在于，还包括：
数据后端服务模块用于：将推送数据传输至所述可视化展示模块，所述推送数据包括所述可视化展示模块展示的数据。
4.一种航天员出舱活动窗口确定方法，其特征在于，包括：
步骤1，应用模式调管模块获取每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息以及初始轨道数据；
步骤2，轨道计算模块基于所述初始轨道数据以及待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式进行轨道外推数据计算，生成计算结果，并将所述计算结果发送至能源角计算模块以及空间环境分析模块；
步骤3，能源角计算模块,基于所述计算结果进行太阳矢量以及轨道间夹角计算，生成时间序列能源角数据，并将能源角数据发送至宏观时间窗口预报模块；
步骤4，宏观时间窗口预报模块基于所述能源角数据，确定满足预设能源约束条件的时间窗口；
步骤5，空间环境分析模块基于所述计算结果，结合预设辐射带约束条件，对所述出舱的航天员所在航天器轨道途径的空间环境进行预测，生成预测结果；
步骤6，出舱时间窗口综合决策模块基于出舱综合约束条件，结合所述预测结果以及满足预设能源约束条件的时间窗口确定待出舱活动的航天员的出舱活动窗口；
所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式、具体出舱时间窗口预报模式以及分析时间窗口模式；
所述待出舱活动的航天员对应的航天员出舱活动窗口的应用场景模式对应的轨道计算方式包括：
航天员出舱活动宏观时间窗口预报模式对应的快速轨道计算模型、具体出舱时间窗口预报模式对应的高精度轨道计算模型以及分析时间窗口模式对应的轨道计算模型之中的一种轨道计算模型。
5.根据权利要求4所述的一种航天员出舱活动窗口确定方法，其特征在于，还包括：
步骤7，可视化展示模块显示所述每个航天员出舱活动窗口的应用场景模式、所述每个航天员出舱活动窗口的配置状态信息、所述计算结果、所述能源角数据、所述满足预设能源约束条件的时间窗口、所述预测结果以及所述待出舱活动的航天员的出舱活动窗口。
6.一种存储介质，其特征在于，所述介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求4或5所述的方法。
7.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求6所述的存储介质、执行所述存储介质内的指令的处理器。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107585330A (zh) * 2016-07-06 2018-01-16 北京空间技术研制试验中心 基于模块化设计的多功能载人月面着陆器
CN109358497A (zh) * 2018-09-14 2019-02-19 北京航空航天大学 一种基于b样条函数的卫星路径规划和预测控制的跟踪方法
CN115356947A (zh) * 2022-08-24 2022-11-18 深空探测实验室 一种交互式航天器快速任务规划仿真***和方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9672747B2 (en) * 2015-06-15 2017-06-06 WxOps, Inc. Common operating environment for aircraft operations

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107585330A (zh) * 2016-07-06 2018-01-16 北京空间技术研制试验中心 基于模块化设计的多功能载人月面着陆器
CN109358497A (zh) * 2018-09-14 2019-02-19 北京航空航天大学 一种基于b样条函数的卫星路径规划和预测控制的跟踪方法
CN115356947A (zh) * 2022-08-24 2022-11-18 深空探测实验室 一种交互式航天器快速任务规划仿真***和方法

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