智慧航天 | 数字孪生货运飞船运行可视化

北京时间 2021 年 6 月 17 日 9 时 22 分，搭载神州十二号载人飞船的长征二号 F 遥十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。17 日 18 时 28 分，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱，标志着中国人首次进入自己的空间站。

 

前言

航天作为人类探索浩瀚太空的伟大事业，在每个产品的研发和运作过程中都会实时产生大量数据，监测人员需要通过这些数据得知产品的坐标、相对位置以及态势等信息。智慧航天是基于大数据、云计算、人工智能技术的应用平台，它的出现能更加迅速的从海量数据中提取出有效的信息准确，为智慧决策提供有力支持。

今天将采用 Hightopo 的产品 HT 搭建 “天舟一号”货运飞船数字孪生管理系统。HT 三维仿真技术可多维度直观展示飞船主体操作、运载信息、飞行试验、技术实验、运行历程等重点管理对象的运行态势，支持全范围空间的态势可视化监控。

 

动画展示

将地球以三维立体的形式辅以匹配地理环境贴图来进行三维虚拟仿真展示，并通过高亮部分的颜色区分展示各国家位置。同时，HT 具有 BIM 模型转 HT 图元功能，能为 BIM 文件做轻量化处理，确保场景在 Web 中高效流畅地加载运行。

模拟飞船运行

界面由 3D 轻量化场景搭配 2D 数据面板以及动画驱动构建而成，如图是完整的界面展示：

选用 3D 可视化监控平台即可呈现立体的全面的飞船运行实时画面，且支持对接飞船传感器对数据进行实时采集，辅助监测人员通过数据对飞船运行态势、健康状态、预警告警信息等进行快速判断。保证飞船运行轨迹始终处于平稳状态，优化以往传统的操作流程。

数据全方位展示

对于庞杂繁琐的航天数据来说，想要超精度、高效率、大范围的处理分析数据，则需要通过时间、空间、分类等多源数据进行分析研判，进而实时呈现飞船的推进剂、运载、飞行试验、技术实验等状态信息，并根据预警告警提示快速进行问题定位。

同时界面可添置时间轴式运行历程，进行历史回溯和模拟演练，点击时间节点可单独播放对应过程的动画。

帆板展开可视化

天舟号货运飞船由大直径的货物舱和小直径的推进舱组成。货物舱用于装载货物，而推进舱为整个飞船提供动力与电力。推进舱两侧各有一翼太阳能帆板三板，3D 可视化控制展开演示如下：

自主导引可视化

天舟一号在远距离段需要人工辅助将飞船引导到距离天宫二号一定的位置，然后由飞船自主完成近距离交会对接。

每次变轨前后，地面测控站首先要对飞船和空间实验室进行精确测轨，掌控它们现在和未来的准确位置后，再对飞船发号施令。这样一环扣一环，每一步都必须将飞船严格控制在预定的范围内，最后才能保障飞船自主导引的正常实施。

自主对接可视化

据了解，空间交会对接是载人航天活动的三大基本技术之一，是实现空间站和空间运输系统的装配、补给、维修、回收、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件。但飞船的运动过程变幻莫测，其飞行速度可达 8 Km/s，为确保飞船自主对接的顺利进行，地面监测人员必须在第一时间从数据中获取飞行实况，而飞船每秒传回的原始数据有 8G 之多，单纯依靠人工解决，效率会大大降低。

数据可视化能将杂乱情报数据进行精简提炼，并结合航天领域专业的数据模型和分析算法加以实时分析判断。帮助获取数据的更高价值，有助于增强监测人员的决策判断能力，一定程度上提高数据分析效率。

飞船完成交会对接动作主要是依赖地面测控，监测人员在地面生成的轨道参数注入指令，如飞船发动机开机及时长点位等内容，监测人员依旧可根据数据可视化大屏呈现的实时数据进行分析判断和决策。

燃料补给可视化

切换成可视化效果，监测人员可直观的观察到舱内燃料补给状态，呈现飞船及推进剂储量等信息。

 

图扑软件航天系列

前不久，“祝融号”火星车已安全驶离着陆平台，到达火星表面，开始巡视探测。“祝融号”是我国第一辆自己设计的火星车，对我国航天事业发展有着重要的意义。如下是 Hightopo 利用 HT 搭建的火星车探测场景。

通过三维可视化平台实时呈现接收到的各类监测数据、探测全过程和其他必要状态信息。系统性、实时性、精确性成为构建 3D 火星探测车探测系统的主要性能特点。Web 3D 具有无限的想象空间，超丰富的数据呈现方式，焕然一新的可视化效果。

HT 可视化技术应用实现了数据共享，逐步实现产业数字化、绿色化、智能化。不论是飞船运行、火箭发射、太阳系运转、还是火星探测车，都可以通过 3D 可视化界面对其状态、相对位置、质量、资源含量等进行实时掌控了解，在宇宙空间探索能力愈加稳健的当下，甚至可以通过该系统对行星状态做实时监控呈现，对宇航员的作业点、作业情况做在线监控。

如今，智慧航天应用范围早已超出地球拓展至宇宙，Hightopo 利用 3D 数据可视化对飞船及太空进行虚拟仿真，同时添加光晕等一系列渲染效果，灵动复现了宇宙空间的真实环境。

对于航天事业来说，数据不仅是航天理论的基础，更是航天实践的基石。智慧航天一系列操作都可通过轻量化的 Hightopo 3D 可视化场景实现，将整个宇宙挪入 PC、Paid、移动端中方便跨平台展示，场景支持常规的旋转、平移和视角缩放。

 

总结

在浩瀚的太空中刻下中国新高度。千年上下求索，逐梦浩瀚星空，从嫦娥奔月的上古神话传说，到屈原欲探“天地万象之理”的《天问》，中国古人对神秘太空的好奇和追问，在中国航天人一次又一次的探索中变成现实。图扑愿辅助航天科研人员一起为航天事业做出贡献，共同谱写航天事业新篇章。

Hightopo 数据可视化亦深度融合制造业、风电能源、城市园区等各行各业，助推智能制造和数字化转型，让产业运维可追溯，设备运行可监管，赋能万物皆可信息互通、资源共享、能力协同。