打破歐美對(duì)冠軍的壟斷，國(guó)防科大聯(lián)隊(duì)為中國(guó)奪首冠！

近日，第十屆國(guó)際空間軌道設(shè)計(jì)大賽（GTOC X）結(jié)束并公布最終成績(jī)，中國(guó)參賽隊(duì)國(guó)防科技大學(xué)與西安衛(wèi)星測(cè)控中心聯(lián)隊(duì)（NUDT&XSCC）以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)獲得該賽事的冠軍，這也是中國(guó)自參賽 24 年來(lái)的首個(gè)冠軍。清華大學(xué)聯(lián)隊(duì) Tsinghua LAD-XINGYI 獲得了亞軍。

“航天界奧林匹克”是一項(xiàng)怎樣的賽事？

國(guó)際空間軌道設(shè)計(jì)大賽由歐洲航天局（ESA）于 2005 年倡議發(fā)起，每 1-2年舉行一次，是世界航天領(lǐng)域的高水平、專業(yè)性競(jìng)賽，代表空間軌道設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最高研究水平，號(hào)稱“航天界的奧林匹克比賽”。

該大賽的每一屆獲得冠軍的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)組織下一屆比賽，他們需要提出一道全新的、難以得到最優(yōu)解的題目。大賽選題主要來(lái)自深空測(cè)量、空間碎片清除、行星探測(cè)等前沿?zé)衢T領(lǐng)域，具有較強(qiáng)的科技探索意義和廣闊的工程應(yīng)用前景，吸引著全世界最具創(chuàng)新能力的團(tuán)隊(duì)和專家參與。如果在此項(xiàng)比賽中獲得名次或有效成績(jī)，會(huì)成為航天軌道控制領(lǐng)域的一項(xiàng)特殊榮譽(yù)。

本次大賽由上屆冠軍美國(guó)宇航局（NASA）JPL 實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory）主辦，賽題以“銀河系移民”為背景，參賽隊(duì)伍要設(shè)計(jì)合理的飛行軌道，使人類能在給定時(shí)間內(nèi)從太陽(yáng)系均勻地移民到更多的星系，具體任務(wù)為：設(shè)計(jì)組合航天器飛行軌道，從十萬(wàn)個(gè)恒星系中，使人類能在給定時(shí)間內(nèi)從太陽(yáng)系均勻地移民到更多的星系，以實(shí)現(xiàn)對(duì)銀河系星簇移民的最佳分布。大賽依舊采用實(shí)時(shí)記分與在線排名機(jī)制，共有來(lái)自全世界 73 支團(tuán)隊(duì)參加，競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。

“基于已確認(rèn)存在有10萬(wàn)個(gè)適合生存的恒星系統(tǒng)，優(yōu)選可移民的星系”，命題看似腦洞大開，實(shí)際上要解決的是太空運(yùn)行軌道的設(shè)計(jì)問題。在題目中，中心力定律（The central-force law）控制著恒星和船只的運(yùn)動(dòng)。 恒星的星歷表可以通過分析獲得，因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為遵循圓形軌道運(yùn)動(dòng)。 假設(shè)競(jìng)爭(zhēng)的中心力定律近似模擬了銀河系中實(shí)際恒星觀測(cè)到的圓周運(yùn)動(dòng)。具體而言，圓形軌道速度 Vc，對(duì)于距離銀河系中心半徑為 r 的物體，以及指向朝向銀河系中心的加速度 f 的計(jì)算公式為：

此外，在設(shè)計(jì)軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)也有一些策略限制，如：

問題解決策略示意圖：

中國(guó)青年首奪冠，他們是誰(shuí)？

13 支來(lái)自中國(guó)的隊(duì)伍參加了本屆比賽，在首次斬獲冠軍的同時(shí)也將亞軍收入囊中，打破了歐美對(duì)此賽事冠軍獎(jiǎng)杯的壟斷。冠軍團(tuán)隊(duì) NUDT&XSCC 是國(guó)防科技大學(xué)與西安衛(wèi)星測(cè)控中心聯(lián)隊(duì)，清華大學(xué)與陜西星邑空間技術(shù)有限公司聯(lián)隊(duì)Tsinghua LAD-XINGYI 獲得亞軍，其他還有來(lái)自南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等國(guó)內(nèi)高校與機(jī)構(gòu)組成代表隊(duì)。歐洲航天局代表隊(duì) ESA—ACT 以及美國(guó)宇航公司（The Aerospace Corporation）分別獲得第三、四名。

本次大賽歷經(jīng)八十多天，在比賽結(jié)束當(dāng)天前 5 個(gè)小時(shí)，由國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院羅亞中教授帶領(lǐng)的國(guó)防科技大學(xué)與西安衛(wèi)星測(cè)控中心聯(lián)隊(duì)最后一次提交了解決方案?；趫F(tuán)隊(duì)在載人航天任務(wù)規(guī)劃、衛(wèi)星測(cè)控等方面的研究積累，該團(tuán)隊(duì)建立了一套高效全局的求解算法，同時(shí)有效利用了天河超算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該超大規(guī)模問題的近似全局優(yōu)化，最終以 3101 分的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)摘得桂冠。

NUDT&XSCC賽隊(duì)的銀河系移民方案

羅亞中帶領(lǐng)的代表隊(duì)由講師楊震，博士生朱閱訸、黃岸毅、孫振江、舒鵬，碩士生李振瑜、嚴(yán)冰、史兼郡、杜向南，以及西安衛(wèi)星測(cè)控中心沈紅新、張?zhí)祢?、李昭、李建輝組成。（圖源：國(guó)防科大官方微信）

自 2005 年首次舉辦 GTOC 大賽以來(lái)，雖然中國(guó)參賽隊(duì)伍成績(jī)?cè)诓粩噙M(jìn)步，但歐美參賽隊(duì)一直處于霸榜地位。

回顧前兩屆的比賽成績(jī)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)對(duì)這項(xiàng)賽事不僅參與度越來(lái)高，成績(jī)也越來(lái)越好。2017 年中國(guó)有 12 支團(tuán)隊(duì)參加，除了第 1 名，中國(guó)隊(duì)伍包攬了前 5 名中的第 2-4 名，從數(shù)量和成績(jī)上都創(chuàng)新高。而 2015 年，進(jìn)入前五名的還只有清華大學(xué)聯(lián)隊(duì)一支隊(duì)伍。

作為連續(xù)兩屆 GTOC 大賽聯(lián)隊(duì)帶領(lǐng)人，長(zhǎng)期從事交會(huì)對(duì)接任務(wù)規(guī)劃技術(shù)研究，并在今年 4 月獲得“中國(guó)載人航天工程突出貢獻(xiàn)者”獎(jiǎng)?wù)碌膰?guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院教授羅亞中表示：

軌道設(shè)計(jì)在我們整個(gè)航天中具有一個(gè)非常重要的位置。那么整個(gè)這個(gè)比賽，就是想帶動(dòng)全世界軌道設(shè)計(jì)水平的提升。另外我覺得競(jìng)賽很重要的一個(gè)方面，對(duì)學(xué)生的整個(gè)能力，包括實(shí)踐能力，還有創(chuàng)新能力、潛力的激發(fā)都是非常有效的。

在這樣一項(xiàng)高水平、前沿的國(guó)際科技賽事中，中國(guó)賽隊(duì)不斷突破自我，擊敗歐美高校、專業(yè)研究機(jī)構(gòu)，為中國(guó)青年在航天技術(shù)探索實(shí)踐中樹立了榜樣。