智慧航天 | 數字孿生貨運飛船運行可視化

北京時間 2021 年 6 月 17 日 9 時 22 分，搭載神州十二號載人飛船的長征二號 F 遙十二運載火箭，在酒泉衛星發射中心點火發射。17 日 18 時 28 分，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波前後進入天和核心艙，標誌着中國人首次進入本身的空間站。

前言

今天將採用 Hightopo 的產品 HT 搭建 「天舟一號」貨運飛船數字孿生管理系統。HT 三維仿真技術可多維度直觀展現飛船主體、運載信息、飛行試驗、技術實驗、運行歷程等重點管理對象的運行態勢，支持全範圍空間的態勢可視化監控。智慧航天是基於大數據、雲計算、人工智能技術的應用平臺，它的出現能更加迅速的從海量數據中提取出有效的信息，爲智慧決策提供有力支持。

動畫展現

將地球以三維立體的形式輔以匹配地理環境貼圖來進行三維虛擬仿真展現，並經過高亮部分的顏色區分展現各國家位置。同時，HT 具備 BIM 模型轉 HT 圖元功能，能爲 BIM 文件作輕量化處理，確保場景在 Web 中高效流暢地加載運行。

模擬飛船運行

界面由 3D 輕量化場景搭配 2D 數據面板以及動畫驅動構建而成，如圖是完整的界面展現：

選用 3D 可視化監控平臺便可呈現立體的全面的飛船運行實時畫面，且支持對接飛船傳感器對數據進行實時採集，輔助監測人員經過數據對飛船運行態勢、健康狀態、預警告警信息等進行快速判斷。保證飛船運行軌跡始終處於平穩狀態，優化以往傳統的操做流程。

數據全方位展現

對於龐雜繁瑣的航天數據來講，想要超精度、高效率、大範圍的處理分析數據，則須要經過時間、空間、分類等多源數據進行分析研判，進而實時呈現飛船的推動劑、運載、飛行試驗、技術實驗等狀態信息，並根據預警告警提示快速進行問題定位。

同時界面可添置時間軸式運行歷程，進行歷史回溯和模擬演練，點擊時間節點可單獨播放對應過程的動畫。

帆板展開可視化

天舟號（包括天舟一號、天舟二號）貨運飛船由大直徑的貨物艙和小直徑的推動艙組成。貨物艙用於裝載貨物，而推動艙爲整個飛船提供動力與電力。推動艙兩側各有一翼太陽能帆板三板，3D 可視化控制展開演示以下：

自主導引可視化

天舟一號在遠距離段須要人工輔助將飛船引導到距離天宮二號必定的位置，而後由飛船自主完成近距離交會對接。

每次變軌先後，地面測控站首先要對飛船和空間實驗室進行精確測軌，掌控它們如今和將來的準確位置後，再對飛船發號施令。這樣一環扣一環，每一步都必須將飛船嚴格控制在預約的範圍內，最後才能保障飛船自主導引的正常實施。

自主對接可視化

據瞭解，空間交會對接是載人航天活動的三大基本技術之一，是實現空間站和空間運輸系統的裝配、補給、維修、回收、航天員交換及營救等在軌服務的先決條件。但飛船的運動過程變幻莫測，其飛行速度可達 8 Km/s，爲確保飛船自主對接的順利進行，地面監測人員必須在第一時間從數據中獲取飛行實況，而飛船每秒傳回的原始數據有 8G 之多，單純依靠人工解決，效率會大大下降。

數據可視化能將雜亂情報數據進行精簡提煉，並結合航天領域專業的數據模型和分析算法加以實時分析判斷。幫助獲取數據的更高價值，有助於加強監測人員的決策判斷能力，必定程度上提升數據分析效率。

飛船完成交會對接動做主要是依賴地面測控，監測人員在地面生成的軌道參數注入指令，如飛船發動機開機及時長點位等內容，監測人員依舊可根據數據可視化大屏呈現的實時數據進行分析判斷和決策。

燃料補給可視化

切換成可視化效果，監測人員可直觀的觀察到艙內燃料補給狀態，呈現飛船及推動劑儲量等信息。

圖撲軟件航天系列

前不久，「祝融號」火星車已安全駛離着陸平臺，到達火星表面，開始巡視探測。「祝融號」是我國第一輛本身設計的火星車，對我國航天事業發展有着重要的意義。以下是 Hightopo 利用 HT 搭建的火星車探測場景。

經過三維可視化平臺實時呈現接收到的各種監測數據、探測全過程和其餘必要狀態信息。除傳統的經過人工建模外，HT 支持對 BIM 模型展現功能，將帶有結構、工程等信息的 BIM 模型作輕量化處理，確保場景在 Web 中高效流暢地加載運行。

HT 可視化技術應用實現了數據共享，逐步實現產業數字化、綠色化、智能化。不管是飛船運行、火箭發射、太陽系運轉、仍是火星探測車，均可以經過 3D 可視化界面對其狀態、相對位置、質量、資源含量等進行實時掌控瞭解，在宇宙空間探索能力越發穩健的當下，甚至能夠經過該系統對行星狀態作實時監控呈現，對宇航員的做業點、做業狀況作在線監控。

對於航天事業來講，數據不只是航天理論的基礎，更是航天實踐的基石。智慧航天一系列操做均可經過輕量化的 Hightopo 3D 可視化場景實現，將整個宇宙挪入 PC、iPad、移動端中方便跨平臺展現，場景支持常規的旋轉、平移和視角縮放。

總結

在浩瀚的太空中刻下中國新高度。千年上下求索，逐夢浩瀚星空，從嫦娥奔月的上古神話傳說，到屈原欲探「天地萬象之理」的《天問》，中國古人對神祕太空的好奇和追問，在中國航天人一次又一次的探索中變成現實。圖撲願輔助航天科研人員一塊兒爲航天事業作出貢獻，共同譜寫航天事業新篇章。

Hightopo 數據可視化亦深度融合製造業、風電能源、城市園區等各行各業，助推智能製造和數字化轉型，讓產業運維可追溯，設備運行可監管，賦能萬物皆可信息互通、資源共享、能力協同。