航天数字仿真技术正朝数字化、高效化、信息化、智能化方向发展
1、航天数字仿真概况
航天数字仿真是航天产业在数字仿真方向的细分领域,属于数字仿真与航天工程的交叉领域。它基于物理效应模型或相关数学模型,模拟航天器从发射到退役各环节的太空环境,为航天任务各阶段提供仿真环境,可验证和优化任务方案,提前筹划飞行器相关事项,从而降低成本、提升效益,缩短研发周期,是优化航天任务方案的必备工具。
其主要客户为特种领域客户和相关研究院(所),在我国建设航天强国中意义重大。美国NASA和DARPA于20世纪80-90年代率先将虚拟现实技术用于飞行训练。我国航天数字仿真研究起步于90年代初,初期人才稀缺,进入21世纪开始研究先进建模等精细化设计技术并开展大规模复杂系统模拟、仿真。
2、航天数字仿真行业技术水平及技术特点
航天数字仿真行业是航天产业与应用软件开发产业交叉的高精尖领域,服务的航天任务复杂多样、技术升级迭代快,技术引领创新成为业内企业核心竞争力。随着世界各国加大太空开发投入,太空竞争加剧,用户对于航天数字仿真的稳定性、精确度、快速响应、成本效益等提出了更高的要求。为满足新的卫星应用场景,尤其是巨型复杂星座的需求,需要将轨道动力学、姿态动力学、控制学等航天技术与新一代信息技术深度融合。技术创新能力成为业内企业在激烈的市场竞争中取胜的重要支撑。
业内产品或服务定制化程度较高,技术应用与使用场景高度结合,进入门槛较高。行业下游用户主要来自特种领域、民用航天和商业航天,各领域航天任务目标存在差异、个性化需求较高。业内企业需要根据对用户航天任务需求、卫星应用场景的深度理解,结合自身技术能力,研发符合用户定制化需求的综合解决方案,形成了较高的技术壁垒。
3、衡量核心竞争力的关键指标、主要技术门槛和技术壁垒

资料来源:普华有策
4、航天数字仿真领域技术发展趋势
(1)新兴技术进一步推动仿真市场需求
近年来我国航天事业成就斐然,从航天大国迈向航天强国,航天实力不断增强,对航天数字仿真提出更高要求。随着航天任务复杂度和工业信息化程度提升,对其应用需求愈发迫切。航天数字仿真技术正朝数字化、高效化、信息化、智能化方向发展,当前研究热点包括复杂系统建模仿真、网络化建模仿真、虚拟现实与仿真融合等,这些新兴技术成果挑战传统设计手段,深刻影响航天数字仿真的继承发展,使其在功能、任务、应用场景上更丰富,在航天任务全生命周期发挥更大作用。此外,生成式人工智能技术成熟,在航天数字仿真领域应用场景增多,加快与航天任务需求融合,提升设计水平,创造广阔市场需求。
(2)特种领域等传统应用方向的仿真需求增加
特种领域是航天数字仿真传统应用方向。2012年起,中国特种领域支出适度增长,加之需应对国际军事装备现代化、自动化、智能化竞争挑战,国内航天数字仿真市场空间广阔。
随着特种领域信息化建设竞争加剧,航天装备系统日益复杂,航天数字仿真在航天系统研制、任务规划等方面的应用场景不断丰富。世界军事强国都在完善航天系统研制与任务规划的仿真方法和手段,以提升综合效益。
因航天领域高风险、高价值、高投入,相关单位对航天装备数字化论证与设计需求迫切,航天数字仿真需求更复杂,经费投入持续增加。总体而言,航天数字仿真在特种领域等传统方向的需求将持续攀升。
(3)航天数字仿真技术持续优化
随着各国航天产业发展,航天系统复杂度增加,超大规模星座频现,星座间频率、轨道资源冲突增多,星间链路使业务与信息交互更复杂,航天系统在各领域应用成熟,与各行业业务交互也愈发繁杂。但传统仿真软件无法支持超大仿真规模,业务单一、覆盖有限。
为匹配复杂实际系统,航天数字仿真需提升技术水平。在仿真建模上,要针对卫星、地面站等实体,从业务逻辑、数据、测控信息、能量、动力学模型、空间环境等多维度精细综合仿真,实现精准模拟,生成优质评估报告;在仿真计算效率上,面对超大规模仿真需求,需采用高性能计算分布式仿真引擎、高实时信息交互中间件、GPU并行计算架构,助力超大规模星座按“一比一”要求实时或超实时精细仿真。
5、行业竞争格局
航天产业起源于特种领域,随着我国加大航天产业投入、民用航天和商业航天快速发展,产业各环节均有大量企业涌现,航天数字仿真行业竞争更加激烈,率先研判未来发展趋势并提前迭代技术有助于企业保持良好的市场竞争力,行业竞争逐渐向智能化、多任务化方向转变,并与太空数据深度融合。
特种领域航天经过多年发展,对航天数字仿真等精细化、安全化、智能化要求更高,对供应商的公司规模、技术能力、人员水平要求更严格。因此提前布局并进入特种领域的供应商具有充分的技术积累,相对于其他聚焦于民用航天、商业航天领域的企业拥有一定的技术优势。
随着我国及全球航天事业的发展,航天器在轨数量将愈来愈多、规模愈来愈大,应用与功能模式愈加复杂,如通信、导航和遥感卫星融合系统相互增强,突破单一种类卫星性能上限,因此对于航天器的数字仿真难度将大幅增加。在传统卫星仿真与测控任务之外,巨型星座设计、星座在轨运行管控分析等方面面临着需求高、难度大的挑战,极大增加了航天数字仿真的操作复杂性和负担。
行业内主要企业有华如科技、航天科工仿真、星图测控、AGI、哈尔滨工业大学控制与仿真中心等企业。
行业内主要企业

资料来源:普华有策
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