近几年欧洲关于航天地面软件系统的研究进展

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航天地面软件系统是支撑航天器全生命周期所有地面软件系统的集合，是一个复杂大系统。随

着航天器种类和数量越来越多，航天地面软件系统的规模和复杂性也在大幅度增加。航天器生

命期中有 2个重要的阶段，即地面研制阶段和运行控制阶段。传统的方法是为每一个航天器研

制一套地面测试系统，一套地面运行控制中心，这种方法在早期航天器数量很少的情况是很正

常的。但是，随着每年发射的航天器数量大幅度增加，且需要管理的在轨航天器数量越来越多

时，这种情况就无法满足任务的需求。

1 基于开放平台的航天地面软件系统发展

航天地面软件系统第一次大的变革是 20 世纪 90 年代，随着计算机体系结构从基于主机的系

统，向基于网络的系统发展，1993 年美国航空航天局开始采用开放标准，如 Unix 操作系统平

台、TCP/IP 协议和以太网络作为控制中心的基础平台，研制国际空间站地面控制中心软件系

统。国际空间站地面控制中心和航天飞机地面控制中心相邻，但物理上不连接，2个中心的前

端处理部分相同，其他部分不同，控制员可以很容易地在 2个任务之间进行切换，整个系统的

设备量比原来控制中心减少了一半，节省了大量经费。

欧空局在航天地面软件系统采用开放平台的时间基本上和上面相似，比较典型的系统是欧空局

一直使用的航天器控制操作系统（SpacecraftControl Operation System,SCOS）软件，这套软件

就是建立在开放系统上的。该软件从 20 世纪 90 年代初的 SCOS I、II,发展到 SCOS 2000,计划

2016 年推出 SCOS 3000.这套软件在欧空局航天系统项目中应用的非常广泛，该软件最大的应

用是欧洲伽利略导航卫星项目，可以支持多达 50 颗卫星，运行平台是 SuSE Linux Enterprise 9

和SUN Solaris 10.国内航天地面软件系统采用开放系统平台是从航天器地面测试系统开始

“ ”的。地面测试系统 ,欧空局称为地面电气支持设备（ElectricGround Support Equipment,

EGSE），早先国内通过从法国引进的一套地面测试系统建立起比较系统的航天器地面测试体

“ ”系，用于东方红三号卫星的测试。该系统硬件采用 MicroVAX II,操作系统是 Micro VMS,采用

字符终端，测试设备采用串口连接。

1996 年3月，装备学院承担了国内第一套基于开放平台的卫星综合测试软件系统---“XX 型

”号卫星地面测试总控软件系统的设计和开发工作。该系统采用 Solaris 操作系统、TCP/IP 和以

太网络作为测试系统平台，1996 年7 “月该系统参加了 XX ” 型号卫星地面测试工作。

通过改进该系统参加了从 1996 年10 “ ”月开始的神舟一号飞船地面测试的全过程，以及后续神

舟飞船系列型号地面测试。改进后的系统采用的是 HP-UX 操作系统，除了系统的规模更大一

些，还增加了一些飞船特有的功能，如工程遥测处理等，其他内容基本相同。随后该成果又推

“ ” 广到海洋星等一系列卫星型号项目的研制中。

航天器控制中心任务控制软件和航天器地面测试系统所采用的软件系统，在功能上有一定的相

似性，因此，欧空局从 TEAM 和YES 卫星项目开始，尝试研制低成本的、可移植的、通

用的MCS/EGSE 系统。系统采用了 1997 年2月推出的 SCOS-II,系统在实施过程中取得了很多

有益的经验。随后在 Herschel/Planck 卫星项目中，又进行了进一步的尝试，该项目采用

了SCOS2000 作为系统核心。从实验的结果看，确实可以缩短项目研制周期，降低费用。国内

在一些卫星项目上也进行过相似的尝试，即将地面测试软件系统作为地面站软件使用。

由于欧洲航天器研制、运行控制往往都是多国、多机构同时参与，而不同国家、机构在航天器

生命周期的不同阶段使用的软件系统都不相同，给合作带来了很大的问题，研制统一的欧洲航

天地面操作软件（European Ground Operation Soft-ware,EGOS）势在必行。因此，欧空局提出

了建立统一的航天地面软件系统建设的计划。

EGOS 包括航天任务控制系统（Mission Control Sys-tem,MCS）、任务规划系统（Mission P

lanningSystem,MPS）、飞行动力学系统（Flight DynamicSystem,FDS）、航天器电气地面支持

设备软件系统，地面站软件系统、各种航天仿真软件系统、航天地面数据库系统等。前 3项是

航天地面控制中心的核心组成部分。这一计划的主要内容包括：

①子系统和层次之间的接口定义；②地面操作软件的参考模型；③核心体系结构；④部件间的

接口标准；⑤采用统一的平台和操作系统、语言和标准；⑥采用统一的开发模型和工具；⑦统

一的配置管理。

2002 年成立了委员会，进行系统间接口定义，主要定义了MCS、MPS、FDS 3 个子系统之间

的接口关系。随着研究工作的深入，发现统一的航天地面软件系统设想太大，很难办到。而

且，随着各种新技术的不断出现，如面向服务的体系结构、云计算、虚拟化等，如何将这些技

术应用到航天地面软件中，还有很多需要探讨的问题。

因此，从 2009 年开始，欧空局将这方面的工作重点转到欧洲地面系统公共核心

（EuropeanGround Systems-Common Core,EGS-CC ）和航天数据系统基础设施上。

2 航天地面软件系统公共平台

欧洲地面系统公共核心（EGS-CC）项目[1]的目标是开发一种通用的欧洲航天任务监视控制基

础设施，能够无缝覆盖从航天器组装、集成和测试到任务控制的所有阶段，通过共享开发、维

护和保障来减低全系统费用，降低航天项目的风险，实现 EGSE 和MCS 系统的现代化，在整

个组织之内共享先进的软件技术。

EGS-CC 的主要功能是支持所有航天任务类型和阶段，采用开放的、基于组件的和面向服务的

体系结构，具有通用性、可扩充性、高性能和可扩展性，采用层次实现方式，系统监视控制内

核的通用功能和专用功能的分离，支持二进制兼容、标准接口，尽量隐藏技术细节，适应航天

器的长期管理。

EGS-CC 的体系结构如图1 所示。

其中，斜纹底方框部分代表测试程序参考实现，灰色方框部分代表核心功能，网状底纹方框为

核心扩展功能和接口的参考实现。

核心的基本功能包括两方面：应用支撑层及监视与控制组件。应用支撑层包括运行时支持框

架、系统管理和执行、访问控制、时间同步和数据归档等。监视与控制组件包括监视和控制模

型、控制活动有效性验证、调度执行和确认、命令（TC 功能）、过程执行、报告参数处理情

况、时间处理、支持在线、回放、检索和重放等处理模式。

核心扩展功能和接口的参考实现包括 4个方面：适配层、用户应用、离线工具和外部接口。适

配层包括：遥测遥控数据处理、监视和控制适配器，如遥测遥控接收和发送，专用控制操作设

备接口等，建立监视和控制服务模型、空间和地面时间校对。用户应用包括：用户桌面系统、

用户自定义的显示、监视和控制应用、系统管理显示、监视控制模型浏览。离线工具包括：初

始化准备工具、事后处理和报告工具。外部接口包括：剪裁、配置、归档数据导入导出、监视

和控制服务等。

目前项目已经完成了阶段 A的所有工作，产生了一系列规范和文档，包括领域分析、用户用

例、用户需求、名词收集、系统概念、概念体系结构、外部接口确定、主要技术评估。阶段 B

刚刚开始，正在进行软件需求工程和体系结构设计，概念演示验证。阶段 C/D 采用基于增量和

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摘要：

近几年欧洲关于航天地面软件系统的研究进展航天地面软件系统是支撑航天器全生命周期所有地面软件系统的集合，是一个复杂大系统。随着航天器种类和数量越来越多，航天地面软件系统的规模和复杂性也在大幅度增加。航天器生命期中有2个重要的阶段，即地面研制阶段和运行控制阶段。传统的方法是为每一个航天器研制一套地面测试系统，一套地面运行控制中心，这种方法在早期航天器数量很少的情况是很正常的。但是，随着每年发射的航天器数量大幅度增加，且需要管理的在轨航天器数量越来越多时，这种情况就无法满足任务的需求。1基于开放平台的航天地面软件系统发展航天地面软件系统第一次大的变革是20世纪90年代，随着计算机体系结构从基于主机的...

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