数字孪生卫星技术与工程实践

崔玉福 刘质加 王靖

(航天东方红卫星有限公司，北京 100094)

近年来，卫星研制及发射成为发射数量最多、应用最广、发展最快的航天产业，其发展特点呈现出低成本、功能多样化、智能化、批生产批部署、用户广泛化等多维态势。在快速发展的同时，卫星也面临着打造高性能与低成本兼顾的卫星产品、实现面向批量的卫星产品研制高效率以及高质量、实现更智慧的在轨自主运维、评估、寿命预测与延寿等发展问题。

随着新技术的发展，如数字孪生、新IT(New IT)技术、大数据、智能互联等，为解决上述问题实现提供了可期的解决途径。其中，数字孪生技术应用于航天器研制受到了学术界、工程界以及应用服务领域的最广泛关注。数字孪生技术与卫星的结合与应用，会具备独特发展优势，数字孪生也会成为卫星领域迅速发展的“指增器”(带来以指数级别增长的效益)[1-6]。

1 数字孪生技术的发展

“孪生”的概念最早出现于1969年美国的阿波罗项目中，美国国家航空航天局(NASA)通过制造两个完全相同的航天器，形成“物理孪生”，借助留在地面的航天器一定程度上反映和预测在地外空间执行任务的航天器的状态，进而进行任务训练、实体实验并辅助任务分析和决策[7]。随着计算机信息技术的发展，Michael W. Grieves 教授在2003年提出了“数字孪生”的概念。随后，NASA于2010 年提出将数字孪生技术应用于未来航天器的设计与优化、伴飞监测以及故障评估中。2011年，美国空军研究实验室提出在未来飞行器中利用数字孪生实现状态监测、寿命预测与健康管理等功能[8]。……