研究院简介



一、基本情况

       青岛理工大学复杂网络与可视化研究院是学校面向国家航天强国、商业航天、低空经济与太空交通安全重大战略组建的高水平交叉学科研究机构,以山东省空间碎片监测与低轨卫星组网重点实验室为核心支撑平台,聚焦精准操控与测控可视化技术、空间碎片监测预警、空间态势感知深度融合,打造集基础理论研究、关键技术攻关、系统集成验证、高端人才培养、成果转化应用于一体的创新高地。

       2020年8月,青岛理工大学与国家航天局空间碎片监测与应用中心、昆宇蓝程(北京)科技有限责任公司、国家(青岛)军民融合创新示范区古镇口核心区共建“空间碎片监测与低轨卫星组网联合实验室”,于2022年12月获批筹建“山东省空间碎片监测与低轨卫星组网重点实验室”,依托建设单位青岛理工大学、陆海空间(烟台)信息技术有限公司以及山东纬横数据科技有限公司。实验室致力于航天测控可视化与遥操作、空间碎片监测预警、低轨卫星组网控制、航天高端装备及支持系统设计制造等方向的关键技术研究与工程应用,为载人航天、深空探测、航天器在轨安全、星座组网及海上发射与回收提供重大支撑。


二、目标定位

       山东省空间碎片监测与低轨卫星组网重点实验室定位于服务国家载人航天、深空探测、空间碎片监测预警和低轨卫星组网工程,贯彻国家“军民融合发展”战略和山东省航空航天战略性新兴产业发展规划,服务“航天强国”战略,打造成具有服务国家重大战略能力、技术先进、人才聚集的高水平科研平台。


三、研究院基础条件建设

       研究院按照高起点规划、高标准建设,形成一校两企、青烟联动布局,总实验面积超4600 平方米,建成航天测控可视化、海上发射指挥、低轨卫星数据处理、高端装备智能运维一体化科研设施体系。

       1、研究院位于青岛理工大学嘉陵江路校区现代教育中心,建设科研用房1600平方米。二楼建有航天测控可视化研发中心、虚拟工程实验室及航天数据中心,配备高性能计算与仿真集群;三楼为大型科研设施智能运维实验室,设有1:100天眼FAST物理模型,支撑数字孪生研究。

       2、陆海空间(烟台)实验基地在东方航天港提供科研场地1500 平方米,建有海上发射模拟试验设施、卫星数据接收与超算中心,自研海上发射指挥方舱,为海上发射技术提供专属硬件支撑。

       3、山东纬横数据实验基地提供科研场地1500 平方米,设立人工智能科研部,配备高安全数据库与数据挖掘平台,支撑空间碎片监测与多源数据处理研究。

       4、仪器设备配置

       研究院完成关键设备购置与自研,设备指标全面达标。拥有高性能服务器集群、空间物体仿真系统、海上发射指挥方舱、多通道信号采集系统、高速摄像机等高端装备,形成全链条测试研发能力,全部纳入共享平台高效运行。


四、人才团队

       实验室以英国皇家学会工艺院终身院士、长江学者特聘教授、北京航天飞行控制中心特聘专家赵正旭教授为学术带头人,引育航天测控、高端装备智能运维等高层次人才,形成了院士引领、7名泰山学者工程系列人才领衔、60余位教授和青年博士为骨干的研究团队。2021年团队荣获“山东省高校黄大年式教师团队”称号,2022年荣获“山东青年创新突击队”称号。

       实验室拥有“测控技术与仪器”省一流本科专业、“仪器科学与技术”一级学科硕士点、“电子信息(仪器仪表工程)”专业硕士点、自主设置“空间装备与监测技术”二级博士点,形成了空天信息领域本硕博完整的人才培养体系。与国家航天局空间碎片监测与应用中心、昆宇蓝程(北京)科技有限公司、国家(青岛)军民融合创新示范区古镇口核心区共建联合实验室,支撑获批机械工程山东省优势特色学科、高端装备数字孪生与可视化遥操作山东省工程研究中心;通过武器装备科研生产单位二级保密资格复核、在军用信息处理软件的设计、开发和服务领域通过了武器装备质量管理体系GJB9001C认证。

       实验室聘请领域内知名学者专家组成学术委员会,就实验室的研究方向、产品的研发方向、重大项目与课题决策等工作提供意见和建议,审议有关研发工作计划。学术委员会成员:沈荣骏(中国工程院院士)、于志坚(原太原卫星发射中心主任,航天技术专家)、赵正旭(长江学者特聘教授,青岛理工大学教授)、严俊(国家航天局空间碎片监测与应用中心主任)、朱民才(原西安卫星测控中心主任,航天技术专家)、申雷(原中国卫星发射测控系统部主任,航天技术专家)、王元钦(原航天工程大学科研部部长,研究员)、滕瑶(山东省海上航天装备技术创新中心主任,教授)、夏学知(跨域协同一体化指挥控制烟台市工程研究中心主任,研究员)。


五、研究方向

       1、航天工程数字孪生与遥操作;

       2、空间碎片监测与态势分析;

       3、低轨卫星组网控制与数据处理;

       4、航天高端装备及支持系统设计制造。


六、主要成果

       1、航天工程可视化与地外遥操作操控,以国家重大战略需求为导向,实验室创新性地研制了具有完整自主知识产权的航天测控可视化系统平台,通过实时数据驱动,实现了对陆、海、空、天基海量测控数据的精确实时处理与推送,实时展现航天器状态,打破国外技术封锁,形成了一套具有自主知识产权,集实时仿真控制、数据处理和信息可视化功能于一体的可视化航天项目实施系统平台及技术规范。其关键技术摆脱了国外技术垄断和封锁,填补了国内空白;研制出中国唯一航天装备数字孪生及可视化遥操作系统,先后参与了我国载人航天工程神舟十六号、十七号、十八号和神舟十九号飞船以及探月工程嫦娥六号首次月背采样返回的可视化飞行控制与指挥任务,为国家载人航天和探月工程的实施提供了技术支持,保障了国家航天工程系列任务的精准实施和圆满完成,实现了历次航天任务零失误。

       基于实验室在空天信息领域学科、平台、人才团队的特色与优势,2023年12月,国际天文学联合会批准将国际编号为11139的小行星命名为“青岛理工星”,青岛理工大学成为山东省属高校中首次拥有专属小行星命名的高校。


神舟十八号飞船与空间站交会对接

神舟十九号飞船与空间站交会对接

嫦娥六号探测器月背采样任务

神舟二十号与空间站组合体在轨飞行

神舟二十一号飞船与空间站交会对接

神舟二十二号飞船飞向空间站组合体

研究院参加的载人航天工程任务(部分)


深空探测三维可视化系统对嫦娥二号近月制动过程的实时可视化


深空探测三维可视化系统在北京飞控中心呈现嫦娥二号飞越“图塔蒂斯”小行星探测任务实况


深空探测三维可视化系统对神舟八号对接机构锁紧过程的实时可视化

深空探测三维可视化系统对神舟九号飞船在轨姿态控制的实时可视化


天宫一号轨道恢复可视化

深空探测三维可视化系统对嫦娥四号探测器首次月背软着陆过程的实时可视化


       2、海上卫星发射及回收指挥控制,系统开展了海上卫星发射面临的发射回收支持装备、指挥控制系统、海上发射火箭适应性及卫星应用等关键共性及卡脖子技术研究,为海上高频、常态化发射提供解决方案,为海上卫星发射与回收提供一套完整的一体化海上发射解决方案,保障海上航天支持装备、指控系统、火箭发射、卫星应用等活动顺利实施,为海上航天产业提供技术支撑,助力海上航天产业发展。圆满完成谷神星一号火箭的首次海上发射、全球最大固体运载火箭引力一号、捷龙三号运载火箭一箭九星、谷神星一号海遥二运载火箭一箭四星、谷神星一号海遥三运载火箭、捷龙三号运载火箭和谷神星一号海遥四运载火箭一箭四星成功发射任务,打破了国外在该领域的垄断,为研制专业化高效海上发射装备奠定了坚实基础。


可移动式一体化海上卫星发射指挥方舱

实验室参加的海上发射代表性任务


捷龙三号遥五运载火箭一箭十星发射任务

谷神星一号遥五运载火箭一箭四星发射任务

谷神星一号遥三运载火箭一箭十一星发射任务

捷龙三号遥七运载火箭一箭十一星发射任务

捷龙三号遥八运载火箭一箭十二星发射任务

引力一号遥二运载火箭一箭三星发射任务


       3、空间碎片监测,联合国家航天局空间碎片监测与应用中心,建立了碰撞预警和发射预警流程、规范,成功应用于载人航天和应用卫星预警任务实践;依托国家空间碎片光学监测网,利用近地天体望远镜开展空间碎片监测、近地小行星观测、在轨卫星碰撞预警技术等研究工作,在我国重大航天工程任务中为航天器和卫星提供了发射预警和在轨碰撞预警服务,为我国航天工程任务提供监测预警技术和平台支撑;依托中心建立的的空间碎片应急联测网,覆盖光学、雷达、激光、天基等多设备类型,在“天宫一号”再入、“委遥一号”危险交会等威胁事件应对中发挥了重要作用。承担国家“空间目标监测和空间天气保障军民融合工程”中的“空间信息分析处理支撑平台”项目,合同经费1075万元,已到校经费600万元,为国防工程提供国产自主可控的空间目标监测与应用服务平台,有力促进了航天应用基础研究成果在空间碎片和近地天体监测、低轨卫星组网等领域的成果转化与应用。

       实验室参加中国科学院国家天文台兴隆观测基地、500米口径球面射电望远镜(中国天眼FAST)的数字化建设工程,主要研究数字孪生技术在大型科研基础设施项目中的工程应用,创建孪生控制系统平台,研究孪生数据驱动的实时仿真技术,实现对大型科研基础设施的全域感知、智能巡检、运行状态监测和故障诊断,为观测站的天文观测、状态监测、故障诊断、科普教育等提供技术与系统支持。


500米口径球面射电望远镜(FAST)

三维可视化系统图

500米口径球面射电望远镜(FAST)孪生体构建


       4、空间态势分析预警,实验室联合中国人民解放军军事航天部队航天工程大学,围绕“空间目标意图识别与异常感知”的关键技术开展研究,旨在突破空间目标行为解析与异常状态感知的技术瓶颈,为空间态势感知、威胁预警及太空交通突发事件(卫星碰撞、空间碎片规避、航天器物理故障)应对提供理论与技术支撑。