工业设计软件在工业活动中发挥着“枢纽”作用，近些年，国家高度重视工业软件研发攻关，将工业软件列为当前科技攻关最紧急、最迫切的问题之一。航天工业设计软件在推动航天技术进步、保障型号研制和重大工程任务中发挥了重要作用。我国航天事业发展取得了巨大成就，成功实施了载人航天、北斗导航、深空探测等一系列重大工程。但与之相比，至今仍没有发展出被行业普遍认可和接受的航天工业设计软件^[1]。

任务分析与设计是实施航天任务的重要环节，通过对航天器的性能、轨道、任务目标等方面的综合分析，以确定最佳的设计和运营方案，贯穿于航天任务的全寿命周期。弹道、轨道动力学与飞行控制是各类航天任务的核心要素，也是任务分析与设计的最基础部分。因此，文献[2]将任务分析与设计软件也统称为航天动力学软件，文献[1]在梳理航天工业设计软件类别时，将其分为航天领域软件、军工行业软件和工业通用软件，分别定位为主根系、侧根系和不定根系软件，其中航天动力学定位为唯一的主根系软件。

欧美航天工业的任务分析与设计软件有近60年的发展历史，从针对特定任务、功能单一的专用软件逐渐发展为适用多种任务、功能多样的通用软件，形成了一批成熟的工业软件产品，如美国AGI公司的商业软件STK^[3]、欧洲Astos Solutions公司的商业软件ASTOS^[4]、NASA戈达德飞行中心的开源软件GMAT^[5]等。这些软件已具备了非常高的成熟度，有遍布全球的用户，如全球有800多个组织在内的50000多个用户使用STK。文献[2]已对这些软件进行了详细总结和分析。

我国在重大航天工程推进的同时研制了一批专用软件系统，近年来也开始关注通用任务仿真分析软件研制，陆续推出了一些各具特色的产品。比如航天慧海公司的VVP空间系统分析工具箱^[6]，中科星图公司的洞察者航天任务分析软件^[7]，陕西星邑空间技术有限公司的OrbitLab软件^[8]。除了商业公司外，一些高校和航天院所也围绕自身任务开发了具备一定通用性的相关软件，如哈尔滨工业大学的航天器系统仿真软件SpaceSim ^[9]等。总的来说，这些国内软件采用不同的技术路线，针对多样的航天任务分析需求实现了一定的通用性，但是在功能、性能和交互性方面与国外软件还存在较大差距，尚未得到广泛认可和推广。

作者团队长期围绕载人航天工程需求，在过去20多年间陆续研制了逃逸与应急救生飞行仿真、交会对接轨道规划、空间站运营规划与任务仿真、载人登月轨道设计等10余套任务系统。基于这些工作积累，近3年来团队正式启动了航天任务分析与设计工业软件研制工作，期间结合论证与研究工作，对国外主要软件产品进行了深入的调研分析。本文是文献[2]的姊妹篇，重点对STK为代表的商业软件的发展历程、主要功能和发展趋势进行深入剖析，总结其发展启示，提出自主软件的发展对策和思路建议。

1.   国际上典型软件的发展情况

根据文献[2]的总结，航天任务分析与设计领域比较成熟的工业软件产品有商业软件STK，ASTOS以及开源软件GMAT，其中以STK的影响力最为广泛。本节首先简要介绍ASTOS和GMAT的基本情况，然后对STK的发展历程和主要功能进行深入剖析。

1.1   国际上主要软件的发展概述

本节在文献[2]基础上，分析ASTOS和GMAT的发展历程，简要总结这两款软件相对于STK的特点和技术优势。

1.1.1   欧洲的商业软件ASTOS

ASTOS（aerospace trajectory optimization software）是一款商业化非常成功的航天任务分析与设计软件，在欧洲航天工业领域得到了非常广泛的应用。ASTOS的最初开发由Klaus Well教授于1989年在德国航天中心启动，此后Well教授来到德国斯图加特大学，软件的可用性得到了大幅提升，1999年ASTOS开始商业化。ASTOS的核心优化软件GESOP（graphical environment for simulation and optimization）已成为一个标准工具，应用到了航天以外的领域。由于市场的不断扩大，2006年成立了名为Astos Solutions GmbH的新公司负责该产品的开发和运营，该软件的最新版本已发布到了9.34。

与STK相比，ASTOS的特点和优势包括，（1）强大的轨迹优化特别是弹道轨迹优化能力。其提供了一系列成熟的轨迹优化算法包，包括两个直接配点法TROPIC和SOCS、一个多重打靶法PROMIS和混合打靶/配点法CAMTOS，以及基于遗传算法d 优化程序包CGA。（2）功能强大的航天器模型库。包括航天器部件、动力学方程、气动和推进系统特性数学模型，涵盖了欧洲航天机构所有运载火箭以及几个非欧洲本土的运载火箭和再入飞行器。（3）面向航天器设计的丰富多样化功能。ASTOT不仅支持上升、再入和轨道转移等轨迹优化，还支撑航天器多学科设计、GNC设计与仿真和多体动力学仿真等，具备了航天器任务分析、性能优化与系统仿真等综合性能。

1.1.2   NASA的开源软件GMAT

GMAT（general mission analysis tool）是一套由NASA戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center, GSFC）主导开发的通用航天任务分析工具，也是目前功能较完善、得到广泛推广的典型开源软件系统。GMAT从2002年开始开发，在NASA的领导下，美国深思（Thinking System）公司、计算科学（Computer Sciences）公司和霍尼韦尔（Honeywell Technology Solutions）公司参与了该软件的开发，2013年，第一个生产力版本对外发布，当前最新版本为2023年1月发布的GMAT R2022a。

GMAT的仿真精度可以与STK相媲美，同STK相比，其特点和优势包括，（1）GMAT对深空任务支持能力比较强，可以实现探测器动力学及空间环境的精确建模，推进系统建模与燃耗寿命分析，敏感性和蒙特卡洛分析，导航数据仿真等功能，目前已应用于多项深空任务，包括月球勘察轨道器（lunar reconnaissance orbiter），OSIRIS-Rex和MAVEN等。（2）GMAT具有灵活的设计优化能力，软件可通过脚本语言自由组合各种摄动力模型、脉冲机动模型和连续推力模型等，结合循环与条件等控制语句可实现复杂航天任务的建模。通过与Matlab和Python等外部编程语言的连接，可调用大量强大的优化算法对任务参数进行优化设计。（3）由于开源的性质，GMAT在教学等方面的推广比较广泛，国内很多高校将其引入了课堂教学中。但是由于其非营利性质，投入的开发资源有限，使得软件的功能覆盖还不够全面，可视化与交互性还不够友好。

1.2   STK软件的发展历程

AGI公司由3位曾在通用公司宇航部供职的工程师于1989年创办，并于1991年推出STK1.0 (Satellite Tool Kit)版本，初期定位于提供轨道仿真分析和访问计算，1996年收购了源于NASA 戈达德飞行中心的通用航天轨道规划软件Navigator，发展成为著名的Astrogator模块，在1997年美国休斯公司的AsiaSat3任务中，该模块被用于设计月球引力加速轨道拯救卫星。Astrogator具备很强的轨道设计能力，奠定了STK在航天领域的核心竞争力，相关技术一直处在不断提升中，2022年最新版本的Astrogator中新增了Lambert求解器、巨型星座设计能力等。

STK的发展紧扣信息技术产业的发展趋势，2003年STK 5.0以Web浏览器作为全新界面，2008年发布STK软件组件库，2016年STK 11增加了支持64位版本，2021年AGI公司推出了STK Cloud，用户无需将STK软件下载到本地，可远程访问使用STK的最新功能。此外，强大二维和三维可视化技术及产品也是STK的核心竞争力，在整合相关技术基础上，AGI公司于2011年发布了开源的三维可视化工具Cesium，可在网页端提供丰富的可视化数据、模型服务，现已在航空航天、防务装备和智慧城市等领域被广泛使用。

STK也在不断拓展其建模与仿真分析对象和能力，早期主要是以卫星为对象，此后导弹/火箭、车辆、舰艇和航空器等对象也被加入到软件中，形成了覆盖天、空、陆、海和电磁的复杂任务场景仿真与分析能力。软件全称于2012年被改为Systems Tool Kit，以反映其在系统仿真领域的能力。鉴于STK在系统级和体系级的卓越仿真能力，工程仿真软件ANSYS公司于2020年收购了AGI公司，至此，STK软件融入了Ansys多物理场分析工具集，迎来了新的发展契机。

综合起来，STK发展历经推广时期（1989年—2002年）、快速发展时期（2003年—2011年）、重新定义时期（2012年—2019年）和整合阶段（2020年至今），各阶段的标志性事件如图1所示。

图  1  STK发展历程图

Figure  1.  History of STK

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1.3   STK软件的功能分析

STK软件事实上已经成为航天及相关领域的标准软件之一，软件的功能非常丰富，最新版本STK 12涵盖了40多个模块，本文按照建模、分析、设计、图文交互和可扩展性等5个方面对主要模块进行分类总结，如图2所示。STK功能简要总结为如下5个方面。

图  2  STK主要功能模块

Figure  2.  STK main modules

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(1) 丰富的实体建模能力

STK软件能够完成卫星、导弹、运载火箭、飞机、地面车辆、舰船以及传感器等多个复杂实体建模任务。比如卫星专业建模工具（SatPro）包含了多种解析与数值轨道预报器，可对卫星姿态进行模拟，对表面积、质量、太阳能电池板等配置进行建模。航空器模块（Aviator）针对不同类型航空器，提供丰富的性能模型属性，实现对航空器飞行路径高精度建模，计算航空器在给定时间的精确状态。导弹模块（MMT）支持自定义导弹模型，精确仿真导弹飞行，对拦截进行分析，评估防御系统性能。光电红外模块(EOIR)考虑光电和红外性能以及传感器平台动态、通信和其他任务架构等因素，对光电和红外传感器的检测、跟踪和成像性能进行全面建模。通信与雷达模块(communications/radar)对通信和雷达系统的所有物理组件进行建模，可计算空间损耗、雨衰、大气损耗以及干扰等。上述模块的仿真模型均通过了严格的专业认证，如Aviator由航空专业公司Saab Sensis认证。

(2) 优异的任务分析能力

在建模基础上，STK提供了一系列专业工具，包括覆盖分析、接近分析、空间几何分析和通信链路分析等工具，可对航天任务进行多域多视角的详细分析。比如覆盖分析模块(coverage)可支持单个或多个装备对点目标、区域目标的覆盖特性进行计算，包括覆盖率、覆盖重数、可见时长和重访间隔等指标。接近分析模块(CAT)分析火箭发射、卫星运行过程中是否会受到其他轨道物体接近的影响，包括接近事件识别、接近距离和碰撞概率分析等。空间环境效应模块（SEET）对太空环境进行建模，并就太空环境对航天器的影响效应进行分析，包括空间辐射环境分析、磁场分析、小质量粒子撞击分析等。轨道确定模块（ODTK）对航天任务测定轨仿真以及轨道测量数据的处理和分析。分析工作台(analysis workbench) 包括矢量几何工具、时间工具、计算工具和空间分析工具等。通过长期使用，以及与NASA 软件的对比验证，这些分析工具的算法十分精确稳定，结果具有权威性，并处于不断拓展中。

(3) 强大的复杂任务设计能力

STK软件包含轨道设计、机动规划和任务调度等模块，支持对复杂的航天任务进行设计。轨道设计与机动规划模块Astrogator是STK各个功能模块中知名度最高的模块，是一款功能强大的交互式轨道设计工具，能够根据任务需求制定任务控制序列，并通过执行任务控制序列来计算航天器的轨道。Astrogator提供对脉冲和有限推力机动进行高精度建模，可对轨道瞄准目标、约束条件等进行自由设定，通过微分修正、非线性优化算法等迭代算法寻找控制参数的解。任务规划与调度模块(scheduler)是与STK完全集成的附加模块，主要用于空间任务系统的计划和规划，通过定义任务、资源，采用神经网络和启发式算法等规划算法，实现冲突消解、资源分配和任务调度。

(4) 领先的图文交互能力

STK提供了仿真场景交互和结果呈现功能，包括场景创建、二维窗口和三维窗口、结果分析文本/图表等。STK是航天任务可视化的引领者，开创了多种模型的可视化效果，形成了以Cesium为代表的成熟产品。STK具备二维和三维图形窗口，通过精致的地图和三维模型，对星下点轨迹、传感器投影和航天器轨道与姿态等进行直观地展示，极大方便了多学科专家对复杂航天任务的理解。此外，STK具备文本和图形报告功能，可灵活定制报告的各种数据源、数据格式等参数，能够输出静态或动态更新的数据报告。丰富强大的图文交互能力是STK受到用户广泛推崇的重要原因。

(5) 灵活的扩展能力

STK软件具有良好的外部开发支持生态，为用户进行二次开发提供了完整的解决方案，支持STK组件（STK components）、STK引擎（STK engine）和STK 集成（STK integration）3种开发模式。STK组件被定位为纯资源库，包括AGI分析库、3D控件库等。通过这些组件，开发者可深入到STK内核进行定制。STK引擎在组件基础上进一步封装，并内嵌了可视化功能，其计算效率较Component要低，但是更便于用户使用。STK引擎早期是通过Connect语言来调用的，后来AGI开发了对象模型（STK/object）来代替Connect语言，包含了STK中绝大多数对象和功能。STK集成本质上是通过API自动化操作STK软件，并与其他应用程序如Matlab等集成以扩展其功能，在批量处理重复任务和迭代优化设计任务中具有突出的优势。

2.   STK软件发展的启示

2.1   建立稳定“核心团队”持续基础模型与算法创新研究

包括CAD和CAE等在内的工业软件的发展历程表明，大学和科研院所是工业软件火种的重要诞生地，专业科研机构持续的理论和算法研究是发展工业软件的基础和保障，STK的发展亦是如此。

航天任务分析与设计的基础需要实现精确的时空坐标计算、高保真的太空环境模拟、高效率的微分方程求解等，需要对数学、力学和天文等学科中的基础性、专门性问题进行持续深入的研究才能得到可靠的核心算法。STK最为核心的模块Astrogator源自于NASA戈达德飞行中心的长期轨道设计技术积累。最近的STK 12版本，新拓展的一个重要功能就是轨道设计能力的提升，包括大规模星座设计仿真、轨道边值求解器Lambert算法、近距离逼近相对轨迹规划等，体现了基础算法创新成果。

AGI公司在推出产品STK后，成立了空间标准与创新中心（Center for Space Standards and Innovation，CSSI），作为研究、标准、数据和创新技术解决方案的主要来源。CSSI团队的一些著名成员包括：高级航天动力学教材《Fundamentals of Astrodynamics and Applications》的作者 Vallado教授^[10]，太空监视数据网站Celestrack的创办人Kelso博士^[11]。他们都在航天动力学领域耕耘了几十年，为AGI公司的基础模型、核心算法提供了权威的技术支持。如STK的核心功能模块轨道确定工具箱ODTK的精密轨道确定算法就是由Vallado教授提出和不断改进的。此外，STK的研发团队中包括了雷达、光电传感器、航空器、并行计算等多个领域的高级专家。

工业软件的开发与维护是长期性的工作，需要建立稳定的核心开发团队，持续深入进行模型与算法研究，确保基础模型与算法的可靠性、高性能，维持软件产品的核心竞争力。STK近30多年的发展历程充分证明了这一点。我国发展自主航天任务分析与设计软件，在软件研发团队建设之外，要高度重视航天动力学等专业团队的建设，可探索由院校和科研机构组建专业核心开发队伍。

2.2   联合不同专业方向优势单位不断丰富扩充软件功能

STK功能是丰富多样的，最新的STK 12有40多个功能模块。回顾STK的发展历程，这些多样化的功能模块并非都是由AGI公司独立开发的，而是在发展过程中不断引入合作单位开发的。STK中最为著名的Astrogator模块，是通过引进NASA戈达德太空中心的轨道规划软件Navigator，并联合计算机科学公司（Computer Sciences Corp）共同打造而成的。另外一款任务设计工具Scheduler由轨道逻辑公司（Orbit Logic）负责研发，该公司专注于空间态势感知和任务规划调度工具软件开发。光电红外模块EOIR最早是由太空动力学公司（Space Dynamics Lab）为导弹防御仿真而开发的，该公司具有50多年的行业研发经验，在STK 9.2中被引入。此外，STK中的空间环境效益分析模块、地球地形模型模块、先进雷达环境模块、导弹防御建模工具、航天器对象模块、分布式仿真模块等多个模块均有不同的专门公司研发和维护。

在30多年发展中，STK非常注重功能的扩充和丰富，除了AGI公司坚持基本和核心功能开发外，通过与不同专业方向公司进行技术协作和联合开发也是一个重要的途径。打造我国自主航天任务分析与设计软件，除了做强轨道设计与仿真这个基本功能外，还需要做好雷达、通信、光电传感器、太空环境等多个专业模块，这些专业模块的开发需要发挥国内优势单位的特长，通过探索有效机制将多学科专业知识和工具集成到统一软件中。

2.3   适应数字化任务设计是未来的重要发展趋势

STK软件经历了从卫星工具箱到系统工具箱的发展历程，而被ANSYS公司收购后，则被赋予了数字任务工程(digital mission engineering，DME)的新使命。ANSYS公司专长于部件级CAE软件开发，而AGI更侧重于系统和体系级的仿真。STK加入ANSYS的产品家族后，定位为系统级仿真工具，并与ANSYS旗下的结构、流体、电磁领域的工具对接，实现了从组件级到任务级集成仿真的飞跃，其数字任务工程仿真架构如图3所示。

图  3  ANSYS公司提出的从组件级到任务级的集成仿真框架

Figure  3.  Integrated simulation framework from component to mission proposed by ANSYS, Inc.

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DME是仿真工程的高级阶段，为更好支持DME，STK对其功能进行了一系列拓展。其中代表性新增功能是提供行为执行引擎，新版本STK支持将SymML状态机的设计图集成到系统软件中，支持体系设计语言整合至STK场景中，能够帮助工程师在体系和概念设计的早期进行高保真系统的工程任务仿真，最大程度上降低开发周期和开发成本。此外，3D/CAD模型整合也是一个重要新增能力。新版本STK支持将3D CAD模型近乎实时地集成到STK场景中，并且不需要用户进行额外的文本编辑工作。这也代表Ansys正式打通了从系统仿真到部件仿真的通道，是DME中关键的环节，将整个工程生命周期有机地联系在一起。

回顾STK的发展历程，其功能定位和愿景目标是不断伴随航天技术、信息技术和工业技术的变革发展而调整变化的，其最新发展态势值得我们高度关注与重视借鉴。当前，我国载人航天工程正在全力推进基于模型的系统工程、数字孪生等数字工程，对航天工业设计软件的发展带来了新的重大需求。自主的航天任务分析与设计工业软件发展要抓住航天工业数字化变革机遇，对接服务好国家重大航天工程需求。同时应抓住新一轮工业革命浪潮，加快与大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术融合，从布局阶段就主动适应新型数字化智能化阶段的高水平转型。

3.   实现自主替代可行性分析

以STK，ASTOS，GMAT等为代表的航天任务分析与设计软件，按照工业软件划分大体上可归于CAE软件，其主要学科内涵是航天动力学，与航空航天领域得到广泛应用的成熟CAE工业软件如固体力学的Nastran和Ansys，流体力学的Fluent和CFX，多体动力学的ADMAS等相比，具有如下特点。

（1）应用生态侧重于航天领域。虽然这些软件大都是起源于航天航空领域，但航天任务分析与设计软件应用对象主要专注于卫星、火箭和导弹等，以解决航天领域特有的轨道和弹道等问题为主，是航天领域特有的软件；后者则外延领域很多，广泛应用于各类工业制造对象，生态覆盖面更广。因此文献[1]在梳理航天工业设计软件的谱系时，将航天任务分析与设计软件定位为主根系软件，成熟的CAE工业软件为不定根系软件，后者的通用性强，开发难度更大。

（2）算法的复杂性相对较低。航天任务分析与设计软件的模型和算法以求解描述航天器运动的常微分方程为核心，方程规模和求解难度适中，而CAE软件模型和算法则是求解结构、流体、热学等物理过程对应的偏微分方程，偏微分方程规模很大，求解涉及网格生成、有限元法为代表的数值算法等，算法难度更大。

（3）可拓展提升空间大。航天任务分析与设计软件的分析场景是任务级，涵盖陆、海、空、天等各类对象，以及复杂飞行阶段，软件架构通用性设计方面难度更大。目前STK等商业软件的任务设计功能偏弱，主要原因是要解决动力学反问题，受限于两点边值算法稳定性不足，以及复杂设计问题与具体应用的紧耦合。总体而言，在软件架构和设计功能拓展方面有比较大的创新提升空间。

基于上述特点分析，航天任务分析与设计软件应用集中于航天等军工行业领域，相对而言容易建立生态；同各类成熟的CAE工业软件相比，其规模适中，模型和算法的核心瓶颈难题少，软件架构和应用拓展方面可创新提升空间大；特别是由于轨道、弹道专业的核心地位，我国在航天事业60多年发展中完全自主掌握了核心技术，早已具备了国产替代的深厚基础。因此，整体而言，自主研发一款航天任务分析与设计工业软件，实现国产替代具有较高可行性。

笔者所在的国防科技大学团队近期的实践也证明了这一点。我们基于交会对接轨道规划、空间站任务仿真等专有软件研制形成的模型、算法和程序库积累，以对标STK软件为目标，经3年多集中攻关，已经正式推出航天任务工具箱（Aerospace Tool Kit）ATK 2.0版本。ATK 2.0实现了标准仿真平台、二/三维可视化、图文报告输出、二次开发接口等STK的基本功能，以及可见性分析、覆盖分析、轨道机动规划、轨控安全性分析等航天专业分析与设计功能，特别是对标STK Astrogator实现了通用轨道机动规划功能。软件目前已经在工业部门、军队单位、科研院校等30多家单位得到推广应用，走出了替代STK坚实的一步。

STK具有非常强大的功能，短期内做出一款功能完全对标的软件具有非常大的挑战。但我们要树立起发展的信心，坚持自主创新，坚持久久为功，一定能做出一款满足中国航天事业发展需求的自主软件。

4.   自主软件发展对策和政策建议

4.1   软件研制的发展思路和建议

（1）厚实自主可控基础。创新软件架构，STK任务仿真仅支持数据回放模式，自主软件可增加批处理、实时仿真运行模式，适应桌面端、B/S服务端开发，拓展应用云服务、红蓝推演等领域。集成我国时空基准、大气、引力场、星历等自主标准与模型，更好服务我国航天事业。适配我国麒麟操作系统、国产超算系统等软硬件环境，融入重大任务的业务系统。开发MagicDraw，国产MDesign的直连插件接口，更好融合MBSE数字工程。

（2）注重知识创新。成立航天动力学专业团队，持续开展航天动力学模型、轨道边值问题等基础研究，持续提升基础模型和算法的性能。吸收非线性动力学、非线性规划、机器学习等相关领域最新成果，创新航天动力学问题求解的新手段，打造软件的核心竞争力。结合航天领域重大发展趋势和需求，比如巨型星座建设带来的太空交通管理问题，太空安全形势促使的数字战场建设问题，前瞻布局软件功能定位，同步开展重大基础研究，实现软件研制与知识创新的有机统一。

（3）开放协同丰富软件功能。STK丰富多样的功能得益于AGI公司与不同专业团队公司长期的技术协作和联合开发。打造自主航天任务分析与设计软件，要坚持开放协同理念。软件架构设计上，要支持雷达、光电红外、高级航空器、导弹攻防、太空环境等高级模块的标准化接入。建立国内优势单位开发联盟，协同打造高级模块工具，探索有效的成果转化与产品共享机制。

4.2   软件推广应用的发展思路和建议

（1）扎根重大航天工程。工业软件发展难在工程化验证，自主软件成功与否最重要标志是能否有效服务于我国航天工程。自主软件在发展初期要高度重视服务工程需求。作者团队正在积极探索以载人航天工程为抓手，以空间站运营和载人登月任务为需求^[12]，深度推广应用自主软件，解决实际任务中的轨道设计、碰撞预警、测控覆盖、通信分析等问题，对软件的模型和算法进行充分验证考核，推动软件的不断成熟，再辐射带动在深空探测、空间安全、导航通信等航天工程领域的应用。与工程的密切结合也使得我们可以在工程实践中提炼需求，建立更加可信的模型并不断优化，反哺软件开发。

（2）培育好高校用户。通过高校进行软件推广是成功的工业软件发展的有效途径。如Ansys在发展早期的1997—1998年，开始向美国许多著名教授和大学实验室发送教育版，对Ansys的推广产生了重要作用。高校是航天工程师的源头，高校学生也没有面临型号任务的紧迫时间压力，可在课程教学等环节推广使用自主软件，在学生群体中培养用户习惯，以便在未来进入工业部门后打破过去的路径依赖。另一方面，可借助空间轨道设计竞赛、未来飞行器竞赛等活动吸引学生群体使用，探索软件极限能力，丰富软件使用案例。国防科技大学将于2025年承办第十五届全国周培源大学生力学竞赛，拟面向本科生推出基于自主软件的轨道设计赛道。

4.3   对航天工业软件发展的政策建议

（1）探索航天工业软件的孵化途径。中国航天行业是中国最具正向设计特征的行业，航天工业软件的发展模式不能简单照搬CAD和CAE等工业软件的商业化模式。结合我国国情特色，可探索新型举国体制下的发展模式。在软件的起步期，依托国家和军队重大创新团队组织协同攻关；在软件的发展期，充分发挥体制优势，依托重大工程构建开发与应用融合迭代生态，在相关机构和部门中形成强力推广机制；在软件的成熟期，借助军民融合机制，成立专门公司运营该软件。我国银河麒麟操作系统的发展就是采用了该模式，初始版本是由国防科技大学团队研发的，后来再与地方政府和企业合作形成产业。

（2）健全软件装备采购机制。工业软件开发是人力资源密集型工作，需要长期持续投入打磨。在国内目前知识产权保护生态下，软件产品在市场上却非常容易被拷贝和破解，形成“开发成本高、使用成本低”的不利局面。针对航天工业软件的特点，建议出台相关政策，将软件列入装备采购体系，经费投入上保障更新升级和运行维护，长期迭代发展。

（3）官方推动建立软件生态发展体系。美国NASA从2014年开始发布开源软件目录，以软件为载体，向工业界进行技术转化，现已包含了2200余项开源软件^[13]，覆盖航天器设计、数据与图像处理、航天器运营、动力学与任务设计等专业，这些开源软件避免了重复造轮子，促进了中小企业成长，而中小企业的参与也反过来促进了开源软件生态繁荣。我国的航天工业软件研发可借鉴此种模式，在特定情况下，要求国家资助的软件开发在一定范围内共享甚至开源。