7月4日，神舟十二号航天员乘组密切协同，圆满完成出舱活动期间全部既定任务，航天员刘伯明、汤洪波安全返回天和核心舱，标志着我国空间站建造阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。

载人航天是人类遨游星际梦想的开端。对于普通人来说，虽然不能亲自“上天”，但实际上，我们已经受惠于航天多年，其中最普惠、商用化程度最高的就是卫星，人造卫星在广播、电视、通信、气象观测、预报、卫星导航定位、地球环境监测、减灾救灾等场景都发挥了重大作用，未来10年，卫星将与5G、工业互联网、物联网结合，催生更加丰富的应用场景。

重点国家航天发展战略

1、2020年，美国发布新版《国家航天政策》，第5号和第6号航天政策令，《国家行星保护战略》等多项战略政策，为航天能力发展营造良好环境，巩固全球航天强国地位。

2、俄罗斯推动制定《2021-2030年俄罗斯联邦国际同意航天活动计划》、第三版《俄联邦国家安全战略》等战略规划，指导本国航天发展。

3、欧盟委员会通过《欧洲可持续空间》政策，强调发展新型航天能力，推动航天在欧洲经济发展中发挥重要作用。

4、2020年，中国将卫星互联网纳入“新基建”范畴，并在交通运输、广播电视等多个行业发布规划，推动卫星应用的发展。

一场全球性的太空互联网竞赛已经拉开帷幕，未来几年数以万计的卫星涌入太空似乎已成定局。

航天探索从来不是一片坦途

航天科技是当今世界最复杂、最庞大、最具风险的领域，一次典型的卫星发射任务包括了从火箭点火、星箭分离，再到太阳能帆板展开、调整姿态进入预设轨道的复杂过程，航天设备集成部件多、工作环境恶劣、可靠性要求高，一点细微的故障都会带来灾难性的后果。

1、2017年6月，长征三号乙遥二十八火箭发射中星9A卫星过程中运载火箭出现异常，未能将卫星送入预定轨道。中国航天科技集团公司联合西安卫星测控中心通过地面仿真分析快速锁定故障原因为火箭三级姿态系统工作异常，经过16天的全力抢救，准确实施10次轨道调整、6次定点捕获，卫星成功定点于东经101.4度赤道上空的预定轨道。

2、2017年7月，长征五号遥二火箭飞行至346秒时突发故障，发射失利，根据分析仿真计算及地面试验结果，故障原因为发动机异常。长征五号运载火箭工程研制队伍卧薪尝胆，全面落实故障改进措施，2019年12月27日“胖五”一飞冲天。

3、2020年6月23日，长征运载火箭托举着第55颗北斗导航卫星“吉星”奔向太空。至此，北斗三号30颗组网卫星全部到位，星座部署全面完成。为保障导航的核心部件--导航任务处理机开展软件的可靠性和安全性，航天304所充分应用其自主研发的半实物可靠性验证平台，构建了175种导航处理机故障集，开辟了多层面分析、多技术融合、故障注入仿真的可靠性验证新模式，先后发现了300余处问题和隐患，其中包括影响导航任务通信、数据采集、姿态计算等方面的50余处重要问题，有效保障任务进行。

让卫星保持“自律”是一项复杂的工程

卫星系统是一个复杂系统，主要包含结构系统、姿态和轨道控制系统、能源系统、数据管理系统、数据传输系统、热控系统和有效载荷系统等分系统。卫星姿态和轨道控制系统，简称为卫星控制系统，是卫星平台的重要组成部分，对星载有效载荷任务的完成起着至关重要的作用。

其中，卫星姿态控制系统除所处的空间环境存在着一些特殊性外，其原理上与其他工程控制系统基本上一样，即控制系统构成的三要素：敏感器、控制器（形成控制律）、执行机构都是一样地分别完成信号敏感测量、信号处理和控制指令执行三个最基本过程，其具体结构如图所示。

航天器姿态的控制按航天器正常运行期间的主要姿态运动形式可大致分为自旋稳定和三轴稳定两类。自旋稳定是指卫星绕其一轴(自旋轴)旋转，依靠旋转动量矩保持自旋轴在惯性空间的指向。自旋稳定方式多见于早期的卫星设计，如中国的“东方红一号”卫星和 “风云二号”气象卫星就是典型的自旋卫星。

三轴稳定是指卫星依靠主动姿态控制或利用环境力矩，保持航天器本体 3 个正交轴线在某一参考空间的方向。目前业务应用的绝大部分卫星都采用三轴稳定控制方式，根据航天器的任务特点，有多种指向需求，如对地观测、通信卫星等要求将载荷指向地面（三轴对地定向），天文观测卫星要求将载荷指向惯性空间天体（三轴惯性定向），卫星充电时要求将太阳翼指向太阳（三轴对日定向）等。其中，应用最为广泛、最常见的是对地三轴稳定。

半实物仿真测试助力中国“飞天梦”

全球航天领域竞争激烈，作为拥有两千多年“飞天梦”的中华儿女既要脚踏实地，也得“大干快上”。发射卫星是一项高度精细化、集成化的工程，如何把上万个零部件完美的结合在一起，使其协调有序、互相冗余本身就是一门系统科学。这不仅需要大量的成熟科研装备、技能人才，更需要无数次地面试验、验证和失败经验的积累。事实证明，航天作为一个高科技、高投入、高风险的行业，不能没有科学可靠的系统仿真理论和仿真方法、仿真实验结果的支持。

卫星姿轨控实时仿真系统

卫星姿轨控实时仿真系统是在实验室中模拟卫星在轨道上运动特性的一种试验方法，它通常用于验证卫星控制系统方案和性能指标。在本系统中，卫星姿态控制系统实时仿真系统包括两个实时仿真机：星载计算机实时仿真机、交联环境实时仿真机。星载计算机实时仿真机用来模拟卫星上的 AOCC，实现卫星姿态控制和轨道控制；交联环境实时仿真机用来模拟卫星姿态控的制执行机构、卫星动力学及敏感器典型控制回路如下图所示：

卫星环境与动力学模型

星载计算机控制模型

基于本系统，可以使星载计算机的地面仿真验证试验，完成从火箭发射、星-箭分离、太阳能帆板展开，到最终进入预定轨道的全过程模拟。

可以有效解决下述问题：

1、原型研制：卫星星载计算机作为卫星控制系统的核心部件，如何在地面仿真试验阶段快速、灵活、有效地模拟测试。

2、正常工况测试室：测试星载计算机的软件和硬件接口的实时性能，需要一个星载计算机外部实时仿真环境与星载计算机形成回路。该外部仿真环境能正确、灵活、实时地模拟卫星运动、姿态敏感器、执行机构、各种故障和边界条件等。

3、异常状态模拟：卫星故障诊断系统需要一套地面卫星原型仿真环境，对故障诊断系统的功能进行验证。

结语

航天系统中的嵌入式装置众多，工况恶劣且大多具有复杂的外设I/O。因此，搭建这类装置的仿真测试环境，要求具备丰富的I/O、强实时性、以及动态闭环测试功能。半实物仿真系统由于运行环境真实、有较好的灵活性，能够满足复杂嵌入式装置的地面仿真测试需求，在航空航天领域有大量的应用。