航天任务设计工业软件ATK

加快工业软件国产化,服务航天强国建设

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产品概述

航天任务分析与设计软件是航天任务全寿命周期的核心工具，目前我国尚缺乏相关的成熟工业级软件产品，仍严重依赖于以STK为代表的美欧软件。

国防科技大学空天科学学院载人航天技术团队近30年来坚持自主创新，为载人航天工程研制了逃逸与应急救生、交会对接轨道规划、空间站运营任务仿真等十余套业务系统，被表彰为中国载人航天工程突出贡献集体，并取得了以2019年第十届国际空间轨道设计大赛冠军(中国首次夺冠)为代表的学术成果。

基于上述成果积累，在载人航天工程总体支持下团队2020年起瞄准国产替代STK软件，全面启动航天任务工具箱ATK研制工作。近期目标是实现对STK核心功能的覆盖，并形成局部特色和优势，2024年底正式发布软件3.0版本。

ATK3.0版本包含标准平台、任务分析、轨道设计等5大类20个模块，实现了航天任务场景建模、二三维可视化、可见性与覆盖分析、通用轨道机动规划、二次开发接口等，覆盖了STK航天任务分析与设计的基本功能。

模块分类

模块名称

标准平台

基础功能

图文报告

二维可视化

三维可视化

可见性与覆盖

可见性与覆盖

覆盖分析

区域覆盖分析

通信分析

任务分析

接近性分析

偏差分析

轨控安全性分析

机动检测

批量坐标转换

轨道设计

机动规划

交会与逼近操作

星座设计

巨型星座

二次开发

ATK.Components

ATK.Connect

ATK.MBSE

功能特点

通用的任务场景建模

支持卫星、飞机、舰船、地面站、敏感器等16类对象;支持对象的轨道、姿态、约束、二维三维可视化等属性参数配置;支持Walker、低轨巨型星座等多类星座生成:可实现近地、地月、深空等多类型复杂任务场景建模。

丰富可靠的分析验证

具备对通用场景的可见性、覆盖、区域覆盖、基本通信的高精度多指标分析；具备以轨道为核心的接近、偏差传播、轨控安全性、机动检测等专业分析功能；支持解析、数值等8类轨道预报器，航天动力学模型算法经载人航天工程任务长期使用验证。

通用轨道设计与机动规划

突破了轨道机动规划通用化建模与求解技术，覆盖了STKAstrogator的80%功能；提供21种轨道段的交互式建模界面，可自由定制任务和约束，适应轨道转移、交会、维持等典型及其组合的任务场景；求解器收敛性与Astrogator相当，并具备近距离交会与操作、摄动Lambert、星座反向设计等特色算法。

灵活的二次开发接口

面向高效集成式开发，提供了C++组件库，相对STK增加了可跨平台的对象模型接口；面向敏捷分布式开发，提供了与C++、MATLAB、Java等的统一脚本语言接口；面向MBSE数字工程，提供了与MagicDraw、国产MDesign的直连插件接口。

高效定制的图文与可视化

采用插件化二/三维可视化，支持加载数字地球、海量目标模型（点目标>50000，三维目标>2000），可实现太阳系/地月/近地/卫星的跨尺度统一场景高效显示；提供全定制化数据模板，支持包括二维曲线、三维曲线、实时数据、数据报告等图文交互。

自主开放式软件架构

具有完全自主可控优势，支持Windows/Linux/麒麟、x86/arm等软硬件环境；设计了分层组件化软件架构，支持雷达、光电红外、高级航空器、导弹攻防、空间环境效应等高级模块的标准化接入；适应桌面端、B/S服务端开发，可拓展应用于云服务、红蓝对抗推演等领域。

应用案例

空间站测控覆盖分析

可综合分析空间站、地面站、中继卫星的测控覆盖关系，获取空间站过顶时间、几何视线参数、重访时间、覆盖时长等性能参数。

航天器碰撞预警与规避

支持航天器与空间目标库的碰撞风险评估，实现多圈次多目标场景下的碰撞规避机动优化与轨控安全性分析，支撑航天器碰撞规避方案设计。

大规模星座分析

可构建Walker星座、巨型星座等，批量添加传感器、接收器等附属对象，分析星座对地覆盖、星间通信等性能指标，支撑大规模星座构型设计。

载人登月多阶段轨道设计

建立了载人登月全过程轨道设计模型，包括近地停泊、地月转移、环月三脉冲转入、环月交会、月地返回等阶段，获得全流程多约束飞行轨道方案。

帮助文档

ATK使用手册

ATK二次开发使用手册

发布说明

1、二三维视图支持切换中心天体； 2、二三维窗口名称及属性页名称设置计数和中心天体； 3、固定系、惯性系轨迹统一到轨道系统中； 4、三维增加仿真对象光照效果、窗口背景颜色、时间属性显示等属性设置； 5、实现行星星体绘制，行星对象轨迹颜色等可配置； 6、处理卫星、飞机等空中目标局部视点数据，采用天体操作器实现； 7、界面优化dock全屏和取消全屏效果，优化可视化窗口dock全屏和窗口模式切换； 8、新增再入回收工具模块； 9、可见性覆盖模块多对多异步并行计算功能相关界面功能改进； 10、Component模式新增支持Java语言接口； 11、Connect实现支持Python调用，支持函数与变量、富文本、支持二维曲线图、读文件load、整理返回二维数组（支持txt,csv）； 12、界面修改若干已知bug，优化ATK选中操作不友好问题； 13、改进动力学内核轨道预报精度。