内容简介
运筹学是依托定量分析解决复杂系统优化决策问题的基础学科，是现代工程与管理科学的重要基石，在各领域规划决策中应用广泛。航天发射、测控、空间环境感知、遥感成像等太空活动高度依赖运筹规划，直接影响任务效率与成败。本书聚焦航天领域运筹学应用，简要介绍运筹学基础理论，以真实典型的太空活动案例为依托，讲解各类航天活动的工作流程、装备组成与运行机理。同时结合不同场景，系统讲解经典运筹学、群智能算法、进化类算法等主流运筹方法，搭配多层次、多类型的任务规划实例，演示实际应用方式。
本书面向航天一线从业者、相关专业院校学生及航天爱好者，可普及航天与运筹学知识，提升读者科学思维与任务规划能力，也可为高校航天教学科研、航天人才培养提供理论参考与素材支撑。
目录
第一章 运筹学的“前世今生”
第一节 运筹学的起源与形成
2
一、运筹学的概念与特点… ……………………………………… 2
二、运筹学的思想起源… ………………………………………… 4
三、运筹学的形成和发展… ……………………………………… 7
四、运筹学的主要分支… …………………………………………11
第二节 运筹学的未来展望16
一、运筹学与其他学科交叉融合… ………………………………16
二、智能赋能运筹学算法创新… …………………………………17
三、运筹学新兴应用场景… ………………………………………19
第三节 运筹学在航天领域的应用22
第二章 航天发射活动中的运筹分析
第一节神舟二十号飞船发射 26
一、神舟飞船发射基本流程………………………………………26
二、神舟二十号飞船发射案例……………………………………29
第二节载人航天发射系统 36
一、CZ-2F 运载火箭系统…………………………………………36
二、神舟飞船系统…………………………………………………40
三、航天员系统……………………………………………………44
四、飞船应用系统…………………………………………………46
五、测控通信系统…………………………………………………48
六、发射场系统……………………………………………………50
七、着陆场系统……………………………………………………51
第三节运筹学在航天发射活动中的应用 54
一、神舟飞船“发一备一”测发流程规划问题…………………54
二、关键路径法……………………………………………………58
三、神舟飞船“发一备一”测发流程规划示例分析……………67
第三章 航天测控活动中的运筹分析
第一节星链卫星系统航天测控案例 76
一、航天测控基本流程……………………………………………76
二、星链卫星再入大气层案例……………………………………80
第二节 典型航天测控站网 83
一、星链测控站网…………………………………………………83
二、美军军用航天地面测控网……………………………………89
第三节运筹学在航天测控活动中的应用 92
一、航天测控资源调度问题…… …………………………………92
二、遗传算法………………………………………………………95
三、低轨卫星测控资源调度示例分析………………………… 105
第四章 空间环境感知活动中的运筹分析
第一节空间环境现状与监视流程 114
一、人类对空间环境影响现状………………………………… 114
二、太空目标跟踪监视基本流程……………………………… 118
三、铱星-33 号卫星与宇宙2251 卫星碰撞案例… ………… 122
第二节空间环境监视系统 124
一、地基监视系统……………………………………………… 124
二、天基监视系统……………………………………………… 129
第三节 运筹学在空间目标感知中的应用 132
一、空间目标感知任务规划问题……………………………… 132
二、分支定界法………………………………………………… 139
三、失效卫星跟踪任务规划问题示例分析…………………… 144
典型太空活动中的运筹学
VI
第五章 遥感成像活动中的运筹分析
第一节遥感成像基本流程与案例 148
一、遥感成像基本流程………………………………………… 148
二、卫星成像助力美英法联军打击叙利亚军事设施案例… …… 149
第二节遥感成像系统 152
一、卫星系统…………………………………………………… 152
二、地面处理系统……………………………………………… 162
第三节运筹学在遥感成像活动中的应用 163
一、遥感成像卫星调度问题…………………………………… 163
二、人工蜂群算法……………………………………………… 167
三、多星协同调度示例分析…………………………………… 174
参考文献189
前言/序言
运筹学起源于第二次世界大战期间的军事需求，英美科学家通过数学建模与系统分析优化军事决策，显著提升了作战效率。运筹学的核心价值在于运用定量分析的方法为复杂系统的优化与决策提供科学依据，在资源有限的前提下，通过建模、仿真与算法设计寻求最优解，从而提升效率、降低成本、控制风险。如今，运筹学已成为现代管理学中实现有效管理、正确决策的重要方法，也是现代工程与管理科学的重要基础理论之一。
航天发射、航天测控、空间环境感知、遥感成像是典型的太空领域活动，这些活动涉及大量的运筹规划，而运筹规划的质量不仅影响活动的效率，更关系到任务的成败。为了更好地实施太空活动，从事相关领域工作的人员需要掌握一定的运筹学理论与方法，将现代管理学中定量分析的思维方法引入工作中，有效解决任务规划、资源调度和优化决策等技术问题。
本书重点介绍运筹学的理论概况，并结合航天发射、航天测控、空间环境感知和遥感成像四类典型太空活动，系统阐述运筹学方法在相关任务规划中的应用。针对每种典型活动，本书选取以实际发生且具有一定影响性的典型太空活动案例为牵引，介绍各类活动的一般组织流程、装备系统组成、工作机理、特点等，将案例背后涉及的任务规划关键问题从常规的优化目标、一般性的约束条件、常用的决策变量三方面进行描述；根据任务规划问题的特点，选用合适的运筹学方法，对运筹学方法的概念、原理、流程、应用情况进行介绍；结合具体场景设计任务规划问题，给出应用相应运筹学方法解决典型活动任务规划问题的示例，为读者理解和应用相关理论提供参考。
本书具有以下特点：一是选取的案例是实际发生且具有一定影响力的典型航天事件，突出真实性和实践性；二是选取的运筹学方法覆盖经典运筹学、群智能算法、进化类算法等运筹学主要分支领域，内容系统全面；三是设计的任务规划问题具有层次性，涵盖大、中、小不同规模，单目标、多目标不同类型的任务规划问题，兼顾理论分析与工程应用。
本书面向航天相关领域的一线从业者、院校学生和广大航天爱好者，旨在推广运筹学在航天领域的实践运用，普及航天活动流程和装备系统知识，提升读者的数学素养、科学思维能力和航天活动认知水平，为开展相关任务规划应用提供理论指导，同时也可为院校的理论研究和教学科研提供参考素材，为航天人才培养提供技术支持。
作者采取分工协作、集中攻关方式完成本书编写工作。本书编写分工如下：第一章由陈超、王暖、何榕、蔡凯骏、高硕编写，第二章由刘党辉编写，第三章由周轩、陈超、王暖、蔡凯骏、陈谨飞编写，第四章由殷智勇、陈超、王暖、明俊亦、戴灿明、刘师喆编写，第五章由陈超、赵玉龙、王暖编写。
本书的研究及出版得到了军队科普专项计划的资助。该资助为本书的调研、数据收集及学术交流等工作提供了关键保障，使本书得以顺利完成，特此感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请各位专家、读者批评指正。
