摘  要：针对当前高校航天类人才培养面临的教学训练系统套量不足和使用权限受限的瓶颈问题，开展民商航天资源教学运用探索与实践。构建基于民商航天資源的教学训练平台，对零散、空闲民商卫星和测控站进行整合与利用，打造成体系的优质教学资源，发挥民商航天资源开放灵活的优势，挖掘民商航天资源的教学应用潜力；创新基于民商航天资源的课堂教学与实践训练内容及方法，为高校航天类教学训练提供鲜活、宝贵的教学案例、数据样本、思政资源、实验条件和训练设施，获得良好的知识传授、技能培训、能力培养、课程思政效果。

关键词：民商；航天资源；教学训练；测控；卫星；课程思政

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）02-0079-05

Abstract： In view of the bottleneck problem of insufficient amount of teaching and training system and restricted use authority faced by the cultivation of aerospace talents in colleges and universities， we carry out exploration and practice of teaching using civil and commercial aerospace resources. A teaching and training platform based on civil and commercial aerospace resources is constructed， integrating and utilizing the scattered and idle civilian satellites and TT&C stations， thus building a system of high-quality teaching resources， which gives full play to the advantages of openness and flexibility of civilian aerospace resources， and explores the teaching application potential of civilian aerospace resources. The content and methods of classroom teaching and practical training based on civilian aerospace resources are innovated， providing vivid and valuable teaching cases， data samples， ideological and political education resources， experimental conditions and training facilities for aerospace teaching and training in colleges and universities， thus obtaining good effects of knowledge transfer， skill training， ability cultivation and ideological and political education.

Keywords： civil business; space resources; teaching training; TT&C; satellite; curriculum ideology and politics

航天领域技术先进、交叉融合、可靠性要求高、工程实践性强的特点[1]，对高校航天类，尤其是应用航天类人才培养提出了较高要求，除了要传授宽厚的专业基础知识，培养科技创新能力，为胜任航天技术研究、系统研发奠定必要基础；而且要求通过实装操作和装备运用等实践教学，培养学生对航天系统进行操控、维护和管理的能力，满足航天任务类岗位任职要求[2-3]。

然而，目前高校航天类教学训练面临着如下现实问题。

首先，在轨卫星、地面测控站等航天类装备价值高、数量少，可供教学的实装系统套量与学生数量不匹配，不能很好地支持多名学生同步开展实践训练或实验教学，课堂效率不高。部分高校利用自研卫星、测控站、分系统设备等开展教学，一定程度上缓解了上述问题；但数量极为有限，所提供的测控弧段有限，教学时间窗口短暂或与课表不匹配。

其次，高校虽是各级各类航天专业人才培养单位，但并非航天资产管控的职能单位，欠缺对在轨卫星的测控权限以及地面测控站的使用权限。学员虽然可以通过现地教学、实习、见习等环节赴相关职能单位进行体验，但受场地、设备和任务等限制，不能为教学提供成体系、足够数量的航天系统。

相比之下，民商航天资源发展迅猛、资源丰富，没有在编航天系统的严苛管理，没有航天任务的严格约束，允许操控的空间和余地较大；而技术体制、任务流程、任务岗位等却与在编航天系统一致，且商业任务空闲时段较多，具备支撑航天类专业教学训练的良好基础。因此，亟需挖掘民商航天资源的教学应用潜力，构建基于民商航天资源的教学训练平台，对零散、空闲民商卫星和测控站进行整合与利用，发挥民商航天资源开放灵活、校企合作意愿强等优势，打造与实际航天系统同步的教学训练条件，为航天类专业教学、实践训练提供必不可少的真实航天设备和系统。

一 基于民商航天资源的教学训练平台构建

（一） 体系架构

基于民商航天资源的教学训练平台总体构成如图1所示。在高校建设民商航天资源调度中心系统（平台大中心），实现对民商航天资源的集中综合管理与有效运用。大中心通过互联网接入若干民商航天企业的测运控中心系统（平台分中心），再通过各分中心接入各民商航天企业下辖的若干地面测控站，以及各企业管理的多颗不同类型在轨民商卫星。除此之外，部分民商单位并无测运控中心系统，只有少量测控站，则不通过分中心直接接入平台大中心；部分民商单位只有在轨卫星，则通过向高校开放测控权限的方式接入平台。

总而言之，通过创新混合异构的体系架构、通用兼容的接口方式、开放灵活的合作机制，实现多源民商航天资源统筹和运用，汇聚广域分布的测控资源、多载荷类型卫星资源支持教学，充分发挥民商航天资源效益，为航天类教学训练提供宝贵、鲜活的资源，较好地解决本文开头指出的现实问题。

图1 基于民商航天资源的教学训练平台体系架构

（二） 软件系统

软件系统采用B/S架构模式，基于linux操作系统和互联网，用户通过域名和账户进行访问操作，后期可移植至公有云，系统架构如图2所示。

1  运行环境

系统采用B/S架构模式，基于linux操作系统和互联网，运行在CentOS7.5系统上，可部署至公有云、私有云或物理主机。

2  网络通信

系统同时支持TCP与UDP传输层通信协议。

3  应用支撑

系统依托成熟第三方应用系统作为基础服务，使用rabbitmq消息队列作为系统内部通信骨干，Nginx服务器作为网络连接反向代理和静态资源服务器，tomcat作为测控业务web服务器，grafana提供遥测历史查询功能，mycat用于数据库代理，Cesium用于三维渲染引擎。

4 数据层与数据库

系统使用mariadb数据库作为系统运行支持库，redis内存数据库作为系统缓存，Influxdb时序数据库作为遥测信息持久存储库，并在数据库之上定义完整的数据操作和存储策略，支持测控業务的运行。

5 业务层

完成航天器遥测、遥控处理，控制计算，健康评估，计划生成等测控管理功能，完成测控网监视与控制功能。

6  展示层与前端UI

前端服务采用http、WebSocket应用协议与后端服务进行数据通信，实现基于浏览器的系统功能展示与操作，提供丰富航天器的2维/3维态势展示方式。

系统数据分为实时处理和非实时处理两部分。由网络通信、数据交换、遥测处理、遥控处理、实时存储、实时显示、控制计算和前后端等功能组成，各功能之间的数据流如下。

外部与网络通信之间通过UDP/TCP协议完成数据传输；网络通信、数据交换、遥控处理、遥测处理、实时存储、实时显示之间采用消息通信进行数据传输；实时显示采用WebSocket向显示前端推送数据；控制计算向后端开放调用接口，完成数据交互；遥控处理通过消息通信接收后端发送的遥控命令；显示前端与后端之间通过http协议完成数据交互；系统通过显示前端和用户之间完成信息交互。

（三）  运行模式

高校平台大中心对所接入的民商航天资源进行统一协同和调配，根据各民商测运控中心系统上报的各自所管辖的星地态势进行汇总分析，结合教学训练任务需求，采用以下几种运行模式开展教学。

1  需求订单模式：单一企业资源支持教学模式

平台大中心根据各民商航天测运控中心系统推送的空闲时段，优选对教学训练任务满足度最高的民商航天企业，将对民商航天资源支持教学训练的需求清单下发至选定的民商测运控中心系统，由民商测运控中心系统完成本企业航天资源的任务规划、资源调度、测控站网控制、在轨卫星测控等具体工程任务，将任务状态、数据实时共享至高校平台大中心，从而支持教学训练。

2  询问优选模式：询问优选企业支持教学模式

高校也可初选多家民商企业的资源支持教学任务，向初选的多家民商测运控中心系统下发需求，民商测运控中心接收并确定是否响应。如果有多个民商测运控中心系统响应，则由高校最终选定最佳服务单位。若各民商测运控中心均回复无法满足需求，则启动如下所述的多民商航天企业混合资源支持教学的总体调度模式。

3  联合调度模式：多企业混合资源支持教学模式

在单一民商航天企业所管辖的地面站网或在轨卫星资源均无法满足教学需求时，则由平台大中心根据各家航天资源的空闲时段，对多家企业地面站网和在轨卫星资源进行统一规划调度，生成混合资源任务计划，下发至参与教学任务的各民商航天测运控中心，多家民商企业联动配合完成任务。

（四）  平台特色

1  建设集约高效，航天资产价值充分发挥

采用整合、利用现有民商航天资源的创新途径，以开放融合的创新理念，构建天地一体、广域分布的新型教学条件，避免高价值的航天系统重复建设问题，充分发挥民商航天资源的应用余量，用较小的经费投入获取较高的建设效益。如此庞大的教学资源体系，仅靠教学条件建设的传统路子是无法实现的。

2  装备远程接入，复杂体系不占高校场地

通过网络远程接入广域分布的民商测控中心、测控站等航天设施，这些大量设施不占用高校场地。在高校任意教室、实验室、训练场等教学场所，只需部署一定数量的笔记本电脑，运行平台大中心软件系统，即可通过网络远程接入控制异地部署的大量航天设施。这是一套小核心、大外围的新型教学条件。

3  数据同步共享，实现多人异地同步训练

民商航天系统普遍采用客户端的方式登录服务器，完成测控站、卫星等相关航天设施的管理和使用。相关任务界面、状态数据等均可实时多用户共享。这个特点用于教学训练，可破解长期困扰实验教学、实践训练的多人同步问题[4]，一改以往分组轮换教学的低效局面，并且突破空间地点的束缚。在新冠感染疫情期间，笔者所在高校学生一度不能到校学习，基于该平台有效解决了异地同步教学训练问题，突破了疫情的限制。

4  运用便携终端，训练时间空间有效拓展

该平台基于互联网部署，师生利用平板电脑、手机等便携终端，访问平台服务器，即可打开用户页面，快速形成分布式、便携化卫星管理中心，进而完成卫星测运控、卫星状态监测、测控站管理等学习训练任务。这种方式有利于将高校学生的碎片化时间有效抢占利用于学习，任意地点均可开展学习训练。

二  运用民商航天资源的教学训练方法

（一）  课堂教学

航天系统是融合了力学、电学、光学、控制等多门学科技术，天地一体有序运行的复杂系统，是相关专业课堂授课的优质资源，比桌面实验系统、普通教学用具更鲜活、更形象、更真实，能够有效激发学生的学习动力和兴趣。

1  提供教学案例

课堂讲授过程中，引用卫星载荷设计、平台设计、姿轨控分系统设计的实例，学习理解典型航天系统结构设计和参数设置，研学重要航天任务方案和预案，剖析相关卫星曾经发生过的卫星故障案例，将书本理论、课堂知识活学活用。

2  提供信号样本

提供实际航天任务过程中的卫星信号实采数据、航天任务全过程记录文件等[5]，加深学生对典型航天测控通信信号和任务的认识与理解，促进对常用信号处理手段和效果的掌握与运用，增进对于卫星测控通信地位作用和运用方法的整体认识。

3  提供实测数据

积累众多航天系统、航天任务的数据，发挥商业航天开放灵活的优势，形成商业航天大数据库。利用卫星遥测数据文件，可讲授遥测帧结构，分析卫星监控状态，定位卫星故障；利用卫星光学、雷达遥感图像，可讲解图像处理算法、目标判读识别、数据挖掘分析等知识点。

4  提供思政资源

借助实际航天系统，结合真实航天任务，为学生创造“亲手触摸”“亲眼观察”天上卫星的宝贵机会，是树立学生专业自豪感和自信心，培养严谨细实作风学风的良好机遇；感受国家航天技术和航天产业飞速发展，是响应航天强国建设、创新航天人才培养的有力举措。

（二）  实践训练

基于多颗实际在轨卫星和广域分布的测控站构成的体系化支撑条件，按照由简到繁、由易到难的思路，指导学生多岗位配合、多星多站合理运用，亲手执行单站卫星跟踪测控、多站接力卫星测运控、一箭多星火箭发射测控等综合实践教学训练任务。

1  单站卫星跟踪测控

综合运用在轨卫星、测控站等实装航天系统，改进传统单项、局部的设备操作练习，以岗位能力素质要求为指南、实际测控任务流程为主线、真实在轨卫星为测控目标、真实航天设备为操作对象、实际航天任务岗位为编组依据，指导学生多岗位配合、内外场联动、实操与模训结合，亲手执行航天测控任务，完成测控任务规划、捕获跟踪卫星、接收遥测信号、判读遥测是否正常、控制卫星载荷开机、控制卫星数传载荷开机和接收卫星图像数据等重要任务环节，直至测控任务圆满成功。

2  多站接力卫星测运控

多站接力卫星测运控，由建在高校的平台大中心指挥调度广域分布的多个民商测控站，多站接力完成卫星遥感数据接收与处理、遥感任务规划与指令上注、卫星状态监控等任务。测运控任务要素全面、流程完整，从测控方案设计与指挥调度，到卫星任务规划、指令生成、遥控上注、状态监控、图像处理等具体岗位操作，均由老师指导学生完成，能够有效锻炼学生的专业能力和胜任未来岗位的素质，有效锻炼人才队伍，提升实践训练教学水平。

3  一箭多星火箭发射测控

结合航天发射场执行的“一箭多星”发射任务，组织学生进行运载火箭的跟踪测量，以及卫星入轨后的测运控任务。在任务前期，老师对学生进行分岗位技能培训和多岗位合练；任务准备阶段，老师讲解火箭、测控任务必要知识，学生进行任务前准备工作。发射测控任务执行阶段，学生现场远程操作测控站，多岗位协同配合完成测控任务；老师结合任务情况和发展前沿穿插讲解相关知识、指导点评学员操作。最后教员与学员开展交流互动，并进行课堂总结。通过此次训练，将课堂与实际航天任务无缝对接，为学生创造宝贵鲜活的技能训练案例，培养其对航天事业自豪感和自信心。

三  民商航天资源教学运用创新成果

（一）  打造天地一体教研一体新平台

基于民商航天资源的教学训练平台具备火箭发射测试、卫星测运控、卫星大数据集成与综合应用等教研实践功能，可为航空宇航、信息通信、光学工程、控制工程等学科建设提供无缝衔接的综合集成教学实验环境[6]，支撑高校开展专业理论教学、高水平专业实验、先进技术在轨试验验证等教研创新，推进各级各类高素质航天人才培养。

（二）  探索联合民商开放办学新路子

平台整合民商在轨卫星和广域分布的测控站，统筹支持开展教学任务。教学过程中，依托该平台，有效衔接航天发射场、高等院校、民商航天企业、火箭和卫星研制单位等，实现教学任务与课程内容多部门整体筹划、一体设计、协同联动。

（三）  拓展课程思政铸魂育人新途径

高校需始终高举立德树人旗帜，着力培养德才兼备的高素质专业化航天人才[7]。在运用民商航天资源开展教学过程中，充分挖掘富含航天元素的课程思政资源，将“两弹一星”精神、载人航天精神等贯穿授课全过程，有效发挥课程育人功能，使生动的实战化训练课与精彩的思政示范课同频共振、相得益彰。

（四）  创造网云体系测运控教学训练新样式

平台基于“云+网+端”体系架构[8]，有效銜接广域分布的航天系统和数据资源，可接入各类新型互联网测控终端，实现弹性、异构、分布式航天测运控能力。师生可利用平板电脑、手机等便携式终端接入互联网，通过专用APP，随时随地开展卫星测运控、卫星状态监视等教学训练。

四  结束语

运用民商航天资源开展高校航天类教学训练，突破了高校对航天设施的使用权限“瓶颈”，回避了航天类教学训练条件建设巨额投入的问题，最大程度发挥了我国航天设施的应用价值，向高校航天类课堂教学、实践训练、课程思政提供了鲜活、宝贵的资源，促进了教学内容的优化、训练模式的创新。后续，将研究拓展该平台对高校其他专业领域乃至基础教学的支撑作用，进一步发挥该平台的支撑、引领作用。

参考文献：

[1] 蔡伟伟，黄涣，朱彦伟，等.课程思政融入航空航天专业课程建设的思考——以“航天任务规划与评估”课程为例[J].科教导刊，2021（10）：65-67.

[2] 丁丹，杨柳.引入实战任务的沉浸式教学——以宇航与测运控技术实践公开课为例[J].高教学刊，2021（35）：70-73.

[3] 李竟然，李咏强，胡长德.以岗位任职能力为牵引推进测控士官课堂教学改革[J].继续教育，2017（2）：66-68.

[4] 田海涛.军队院校实战化教学环境建设探究[J].科教文汇，2020（5）：53-54.

[5] 张鹏.航天测控信号处理平台的现状与发展趋势[J].电讯技术，2021，61（5）：646-649.

[6] 江式伟，吕卫民，王哲，等.军校装备综合训练实验室建设实践与探索[J].实验技术与管理，2017，34（S1）：152-154.

[7] 谢丹，代洪华.“课程思政”背景下航空航天专业课程的改革与实践[J].教育教学论坛，2021（9）：59-62.

[8] 王理想，廖永红，刘丹欣.基于云边网一体化的泛在智慧教学空间研究[J].中国教育信息化，2021（19）：70-74.