打破歐美對冠軍的壟斷，國防科大聯(lián)隊(duì)為中國奪首冠！

近日，第十屆國際空間軌道設(shè)計(jì)大賽（GTOC X）結(jié)束并公布最終成績，中國參賽隊(duì)國防科技大學(xué)與西安衛(wèi)星測控中心聯(lián)隊(duì)（NUDT&XSCC）以絕對優(yōu)勢獲得該賽事的冠軍，這也是中國自參賽 24 年來的首個冠軍。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)性競賽，代表空間軌道設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最高研究水平，號稱“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。大賽選題主要來自深空測量、空間碎片清除、行星探測等前沿?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，會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，使人類能在給定時間內(nèi)從太陽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，從十萬個恒星系中，使人類能在給定時間內(nèi)從太陽系均勻地移民到更多的星系，以實(shí)現(xiàn)對銀河系星簇移民的最佳分布。大賽依舊采用實(shí)時記分與在線排名機(jī)制，共有來自全世界 73 支團(tuán)隊(duì)參加，競爭非常激烈。

“基于已確認(rèn)存在有10萬個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。 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。 假設(shè)競爭的中心力定律近似模擬了銀河系中實(shí)際恒星觀測到的圓周運(yùn)動。具體而言，圓形軌道速度 Vc，對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)動時也有一些策略限制，如：

問題解決策略示意圖：

中國青年首奪冠，他們是誰？

13 支來自中國的隊(duì)伍參加了本屆比賽，在首次斬獲冠軍的同時也將亞軍收入囊中，打破了歐美對此賽事冠軍獎杯的壟斷。冠軍團(tuán)隊(duì) NUDT&XSCC 是國防科技大學(xué)與西安衛(wèi)星測控中心聯(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，其他還有來自南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中國科學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等國內(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 個小時，由國防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院羅亞中教授帶領(lǐng)的國防科技大學(xué)與西安衛(wèi)星測控中心聯(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，同時有效利用了天河超算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對該超大規(guī)模問題的近似全局優(yōu)化，最終以 3101 分的絕對優(yōu)勢摘得桂冠。

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)星測控中心沈紅新、張?zhí)祢?、李昭、李建輝組成。（圖源：國防科大官方微信）

自 2005 年首次舉辦 GTOC 大賽以來，雖然中國參賽隊(duì)伍成績在不斷進(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發(fā)現(xiàn)，中國對這項(xiàng)賽事不僅參與度越來高，成績也越來越好。2017 年中國有 12 支團(tuán)隊(duì)參加，除了第 1 名，中國隊(duì)伍包攬了前 5 名中的第 2-4 名，從數(shù)量和成績上都創(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，長期從事交會對接任務(wù)規(guī)劃技術(shù)研究，并在今年 4 月獲得“中國載人航天工程突出貢獻(xiàn)者”獎?wù)碌膰揽萍即髮W(xué)空天科學(xué)學(xué)院教授羅亞中表示：

軌道設(shè)計(jì)在我們整個航天中具有一個非常重要的位置。那么整個這個比賽，就是想帶動全世界軌道設(shè)計(jì)水平的提升。另外我覺得競賽很重要的一個方面，對學(xué)生的整個能力，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、前沿的國際科技賽事中，中國賽隊(duì)不斷突破自我，擊敗歐美高校、專業(yè)研究機(jī)構(gòu)，為中國青年在航天技術(shù)探索實(shí)踐中樹立了榜樣。