近日，第十屆國際空間軌道設計大賽（GTOC X）結(jié)束并公布最終成績，中國參賽隊國防科技大學與西安衛(wèi)星測控中心聯(lián)隊（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。清華大學聯(lián)隊 Tsinghua LAD-XINGYI 獲得了亞軍。

“航天界奧林匹克”是一項怎樣的賽事？

國際空間軌道設計大賽由歐洲航天局（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，代表空間軌道設計領(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隊負責組織下一屆比賽，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、行星探測等前沿熱門領(lǐng)域，具有較強的科技探索意義和廣闊的工程應用前景，吸引著全世界最具創(chuàng)新能力的團隊和專家參與。如果在此項比賽中獲得名次或有效成績，會成為航天軌道控制領(lǐng)域的一項特殊榮譽。

本次大賽由上屆冠軍美國宇航局（NASA）JPL 實驗室（Jet Propulsion Laboratory）主辦，賽題以“銀河系移民”為背景，參賽隊伍要設計合理的飛行軌道，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，具體任務為：設計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，以實現(xiàn)對銀河系星簇移民的最佳分布。大賽依舊采用實時記分與在線排名機制，共有來自全世界 73 支團隊參加，競爭非常激烈。

“基于已確認存在有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，實際上要解決的是太空運行軌道的設計問題。在題目中，中心力定律（The central-force law）控制著恒星和船只的運動。 恒星的星歷表可以通過分析獲得，因為它們被認為遵循圓形軌道運動。 假設競爭的中心力定律近似模擬了銀河系中實際恒星觀測到的圓周運動。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 的計算公式為：

此外，在設計軌道運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。冠軍團隊 NUDT&XSCC 是國防科技大學與西安衛(wèi)星測控中心聯(lián)隊，清華大學與陜西星邑空間技術(shù)有限公司聯(lián)隊Tsinghua LAD-XINGYI 獲得亞軍，其他還有來自南京航空航天大學、北京航空航天大學、中國科學院、哈爾濱工業(yè)大學、西北工業(yè)大學等國內(nèi)高校與機構(gòu)組成代表隊。歐洲航天局代表隊 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)束當天前 5 個小時，由國防科技大學空天科學學院羅亞中教授帶領(lǐng)的國防科技大學與西安衛(wèi)星測控中心聯(lián)隊最后一次提交了解決方案。基于團隊在載人航天任務規(guī)劃、衛(wèi)星測控等方面的研究積累，該團隊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賽隊的銀河系移民方案

羅亞中帶領(lǐng)的代表隊由講師楊震，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，雖然中國參賽隊伍成績在不斷進步，但歐美參賽隊一直處于霸榜地位。

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 支團隊參加，除了第 1 名，中國隊伍包攬了前 5 名中的第 2-4 名，從數(shù)量和成績上都創(chuàng)新高。而 2015 年，進入前五名的還只有清華大學聯(lián)隊一支隊伍。

作為連續(xù)兩屆 GTOC 大賽聯(lián)隊帶領(lǐng)人，長期從事交會對接任務規(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者”獎章的國防科技大學空天科學學院教授羅亞中表示：

軌道設計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計水平的提升。另外我覺得競賽很重要的一個方面，對學生的整個能力，包括實踐能力，還有創(chuàng)新能力、潛力的激發(fā)都是非常有效的。

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