1. 课程导入与全景认知

航天器发射入轨只是任务的开始。真正决定任务成败的，是它在轨期间“怎么运行、按什么节奏运行、遇到情况如何切换、多个任务如何排队执行”。这套贯穿航天器全寿命周期的运行逻辑，就是在轨运行模式与任务编排要解决的问题。

可以把两者理解为“状态”与“计划”的关系：运行模式回答“航天器此刻处于什么工作状态、由谁控制、哪些设备加电”，任务编排回答“在给定资源和约束下，先做什么、后做什么、什么时候做、冲突了怎么办”。前者是运行的基础，后者是效率与任务价值的放大器。

一、什么是运行模式

运行模式是对航天器某一时段工作状态的抽象描述，通常由一组确定的属性共同定义：能源供给方式（太阳能帆板供电、蓄电池放电）、姿态控制方式（三轴稳定、对日定向、对地定向、自旋稳定）、测控链路状态（测控站可见、中继链路可用、通信中断）、载荷工作状态（开机、待机、关机）、热控与安全状态（正常温控、安全模式保温）等。当这些属性取一组特定组合时，就构成一个模式。

典型模式包括：发射与早期入轨模式（分离后展开帆板、建立姿态）、正常任务模式（对地定向、载荷按计划工作）、对日充电模式（能源紧张时优先充电）、机动变轨模式（轨道调整、相位保持）、安全模式（故障后最小功耗、对日定向、等待地面干预）、离轨与钝化模式（寿命末期排放剩余能源）。模式之间不是随意跳转，而是受严格条件约束的状态迁移。

二、什么是任务编排

任务编排是在运行模式允许的范围内，把一段时间内要执行的载荷动作、平台动作、测控弧段、数传窗口等，按时间轴和资源约束排成一张可执行的计划表。它要同时满足四类约束：

• 时间约束：过站弧段、目标可见窗口、光照与地影时段；
• 资源约束：电能收支、蓄电池放电深度、热耗、存储容量、数传带宽；
• 逻辑约束：动作先后依赖，如“先开机预热再成像”“先记录再回传”；
• 安全约束：姿态机动速率限制、载荷连续工作时间上限、故障保护优先级。

编排的产物通常是一份带时间戳的指令序列或活动计划，例如“T+00:12:30 载荷加电，T+00:13:00 开始成像，T+00:18:00 成像结束并转存，T+00:41:00 过站回传”。

三、核心问题：四个必须回答的工程问题

无论任务规模大小，运行模式与任务编排都要回答四个问题。第一，状态是否安全：当前模式是否满足能源、热控、姿态的边界，一旦越界能否自动进入安全模式。第二，资源是否够用：一个轨道周期内电能收入与支出是否平衡，蓄电池放电深度是否在允许范围内。第三，任务是否冲突：多个观测目标、多个测控弧段、多个载荷动作在时间上是否重叠，重叠时按什么优先级取舍。第四，异常是否可控：单机故障、链路中断、姿态失稳时，编排计划如何降级或重排。

这四个问题对应了本课程后续要展开的四条主线：模式定义与状态迁移、资源建模与能量平衡、约束求解与冲突消解、异常处置与计划重排。

四、典型工程场景

以一颗太阳同步轨道遥感卫星为例。轨道高度约 700 km，周期约 99 分钟，每圈约 60 分钟光照、39 分钟地影。卫星每天要完成若干次对地成像，成像时载荷功耗约 800 W，平台基础功耗约 300 W，帆板在光照期输出约 1500 W。若连续成像时间过长，蓄电池放电深度会超过 30% 的设计限值，此时编排必须插入对日充电段，或把部分成像任务推迟到下一圈。

再如测控与数传窗口：卫星每天只有若干次过境可见，每次约 8～10 分钟。成像数据必须先存入固态存储器，再在过站时回传。若某圈成像数据量超过一次过站可回传容量，编排就要把数据分两次回传，或降低成像分辨率与压缩比。这些取舍正是任务编排的实际工作内容。

五、学习路径

建议按“先建立状态观、再建立资源观、最后建立计划观”的顺序推进。先理解运行模式的定义、分类与迁移条件，能读懂一份模式状态图；再掌握能源、热控、存储、链路等资源的建模与核算方法，能判断一个计划是否可行；最后学习任务编排的建模、求解与验证方法，能把任务需求转化为可上注执行的指令序列。过程中配合典型场景的算例与计划表，逐步形成“看到任务需求就能判断约束瓶颈、看到计划就能判断风险点”的能力。

本课程共 30 章，将从概念、模式、资源、编排、异常处置到综合案例逐层展开。本章作为导入，目标是建立全景认知：运行模式是航天器在轨工作的状态基础，任务编排是在状态与资源约束下对任务的时间与顺序安排，二者共同构成航天器在轨高效、安全运行的核心能力。