案例分享 | 深空探测科学教育虚拟仿真实验

以登月工程为代表的航天工程，推动航天技术、材料科学及通信系统跨越式发展，催生数千项民用技术转化，成为全球科技创新的核心驱动力。航天事业的快速发展催生了综合应用型航天人才的培养需求，由南京恒点信息技术有限公司打造的深空探测科学教育虚拟仿真实验应运而生，为航天人才培养事业注入了变革式发展力量。

背景与痛点

作为科技发展的尖端领域，航天人才的培养绝非易事。传统的教学模式更是存在较大的瓶颈，重视理论教学、轻视实践培训的方式局限性越发明显。

宇宙的真空、辐射、极端温差等高危环境，航天设备投入与消耗天文数字般的成本，令绝大多数学校望而却步。

例如，探测器姿态控制需精确调整反推发动机参数，细微误差可能导致任务失败，卫星地面站、深空测控网等关键设施投资动辄数亿元，实体训练设备单次使用成本超百万元，且受安全审查限制无法规模化开展。

解决方案

针对现实教学痛点，恒点与南京航空航天大学共同打造深空探测科学教育虚拟仿真实验。该实验项目将嫦娥四号国家重大型号工程转化为虚拟实验教学课程，培养学生运用基本原理解决航天实际问题的能力，重点掌握天体运动基本原理、地月轨道转移原理、变轨速度计算方法、刚体定轴转动定律、姿态控制计算方法及深空中继通信原理等知识点。

设计原则

该实验项目采用“多元化探究式”实验教学方法，包括通过“学生自主学习”的任务分配，面向“多元化”能力培养，基于“探究式”实验过程设计。通过具有系统性知识体系的方式，从而系统掌握航天器轨道转移设计方法、探测器姿态控制方法、深空中继测控方法：

其一，基于“探究式”实验过程设计。探究性实验过程设计不再强调唯一的参数和结果，学生可以通过应用所学知识设计不同的控制参数从而得出不同的结果，并进一步分析获得理想的控制和设计方案。

其二，“多元化”能力培养。通过本实验可以多元培养学生知识的掌握能力、控制的探索优化能力、问题和结果的分析总结能力等工程实践能力，从而进一步满足学生的创新学习的需求。

设计亮点

虚拟仿真实验通过高度还原的模拟提供了逼真的实验环境与沉浸式的互动体验，实现了低风险、低成本获得航天教学实训教学资源。以探测器轨道转移技术实验模块教学应用为例，在地月转移轨道设计环节中，通过控制航天器初始速度变量和到达速度变量，生成不同形状轨道，来研究不同的控制变量下的轨道形状变化，可以培养学生解决实际问题的能力。

值得一提的是，虚拟仿真实验教学降低教学门槛不仅仅在于风险性与成本的降低。本虚拟实验课程仅要求学生具备《高中物理》等课程的知识储备，对于大众化、非专业学生来说，对其专业基础知识没有特殊要求，只要会使用网络便可顺利访问学习。

结语

通过多年持续深耕，恒点迭代虚拟仿真教学的核心技术，为深空探测的人才培养贡献“恒点方案”，以深空探测科学教育虚拟仿真实验为支点，为国家的航天战略输送一流的人才团队。