长征运载火箭飞行控制技术的发展

介绍了新一代长征运载火箭(LMLVs)的型谱，并从四个方面对运载火箭控制系统的发展进行了综述。制导技术从开环制导发展到迭代制导，并针对大推力直接入轨和终端姿态约束要求，进一步发展了迭代制导算法，入轨精度大幅提升；姿态控制仍以PID技术为基础，采用空间模态和等效摆角的建模方法解决助推飞行段多个舱段发动机联合摇摆问题，结合自抗扰技术(ARDC)进行主动减载控制；自载人航天工程起开展系统性的可靠性设计研究，逐渐形成了以设备冗余、算法容错和系统在线重构等为特点的技术体系，促进了长征火箭控制系统可靠性的整体提升；电子系统从分立的集中式体系架构，发展为集成化的分布式数字控制系统。针对当前飞行控制技术的研究热点，本文最后总结了长征运载火箭在这方面的最新实践与发展趋势。     

冗余设计技术在运载火箭飞行控制系统中的应用(一)

冗余容错技术是提高运载火箭飞行控制系统可靠性的重要手段。本文针对飞行控制系统的应用特点 ,对冗余技术在工程应用中需要解决的四个方面的内容 :冗余结构 ,判别准则 ,检测方法和无共因失效设计进行了论述     

冗余设计技术在运载火箭飞行控制系统中的应用(二)

冗余容错技术是提高运载火箭飞行控制系统可靠性的重要手段。本文针对飞行控制系统的应用特点 ,对冗余技术在工程应用中需要解决的四个方面的内容 :冗余结构 ,判别准则 ,检测方法和无共因失效设计进行了论述。     

运载火箭制导系统冗余设计技术研究

针对提高运载火箭飞行控制系统可靠性问题，从制导系统角度给出了两种系统级冗余方案，对其冗余配置、可靠性、冗余管理、故障检测和隔离、系统同步问题进行了讨论。     

美国“双子星座”运载火箭的载人安全考虑

为确保“双子星座”运载火箭的载人飞行，大力神Ⅱ运载火箭在硬件方面作了重大设计改进，安装了冗余部件和分系统以及增加故障诊断等系统。     

新一代载人飞船试验船发射成功 中国迈出探索浩瀚宇宙新一步

正由中国航天科技集团有限公司所属中国空间技术研究院自主研制的我国新一代载人飞船试验船在海南文昌发射场成功发射并顺利进入预定轨道,标志着中国载人航天工程迈出了探索浩瀚宇宙新的一步。新一代载人飞船是面向我国近地空间站运营、载人月球探测等任务需求而论证的新一代天地往返运输飞行器,具备高安全、高可靠、适应多任务和模块化设计特点,此次飞行试验任务将对新一代载人飞船高速再入返回防热、控制和群伞回收相关关键技术进行飞行验证,将夯实中国人更高效、安全、经济地开展有人参与的深空探测的坚实基础。     

飞行容错控制系统中的关键技术

在航空航天飞行器设计中，随着主动控制技术、随控布局及电传操纵系统的普遍采用，飞行控制系统的地位变得更为重要。系统容错、冗余技术是为飞行控制系统的高可靠性要求而被提出来的。本文就飞行控制系统的三大组成部分（飞控计算机、伺服机构、传感器）中容错、冗余技术应用的一系列关键问题进行了探讨，提出了飞控系统的冗余配置方案，一种解决冗余系统同步问题的新方法、消除系统交联隅合的措施以及冗余系统中各通道间信息传输的     

一种运载火箭弹性自主辨识与自适应控制方法

针对新一代运载火箭箭体空间模态复杂、刚晃弹交联耦合严重、空间模态数据不确定大偏差导致控制参数适应性不足和弹性稳定裕度小的问题,提出一种运载火箭弹性频率在线辨识和自适应控制方法。该方法基于线性调频Z变换（CZT）完成主要弹性频率信号的辨识,并在线提取控制指令中的弹性能量,据此实现基于自适应增广控制（AAC）的控制参数在线调节,提高控制系统在不确定高阶弹性振动下的适应范围和稳定裕度,并详细分析了各项调节参数对系统稳定性的影响。仿真结果表明,提出的“CZT+AAC”方法能够较好地完成弹性稳定控制任务,显著增强运载火箭任务适应性和飞行可靠性。     

双捷联冗余技术在长征二号丁运载火箭上的研发与实践

介绍了双捷联冗余技术在长征二号丁(CZ-2D)运载火箭上的研发与实践。阐述了采用双八表惯组和光纤惯组的必要性,以及激光/光纤双捷联惯组的优势。给出了基于采用主从冗余设计的激光/光纤双捷联控制系统的组成,以及突破的故障诊断与决策、全方位发射、组合导航、方位瞄准及参数测量、三CPU冗余计算机等关键技术。飞行试验验证了双捷联冗余技术总体设计的正确性。展望了运载火箭惯导技术中二度故障重构率提高、组合导航改进、双捷联主备份互换、大角度空中滚转定向、十表惯组应用等的后续发展。双捷联冗余控制系统的应用,提高了全箭飞行可靠性和任务适应性,以及入轨精度,减轻了火箭末子级的质量,增大了运载火箭的运载能力,为光纤惯组在运载火箭中的应用积累了成功子样。     

新一代大型运载火箭靶场发射测控系统构想

测控系统是航天发射任务中不可缺少的支持保障系统，为适应未来我国新一代大型运载火箭的发射任务，本文提出建立一个低成本、高效率的运载火箭发射测控系统，其作用为运载火箭发射任务提供测控支持服务，这样将大大增强运载火箭发射的灵活性，降低发射成本，并且对这一发射测控系统组成结构和体制提出了初步构想。     

嵌入式实时操作系统在运载火箭中的应用研究

操作系统的作用随着飞行控制功能的不断增强而逐渐体现出来。本文结合我国运载火箭飞行软件的发展,梳理出可以考虑采用操作系统的前提条件,对使用操作系统的优劣进行了客观分析。针对飞行控制的典型应用,提出了适宜操作系统承担的基本功能。在此基础上,较为详细地介绍了操作系统中故障与设备状态管理功能的实现,并通过共享资源的使用对如何有效发挥操作系统多任务管理的作用进行了示例。     

一种新的运载火箭上面级和航天器轻型增压系统

为减小运载火箭上面级和航天器增压系统的体积和质量，设计了一种新的轻型主、副两路定压力值控制增压系统。该系统可最大限度利用气瓶内气体，具有冗余增压结构，提高了系统可靠性，并设置气动隔离活门。适于多次启动飞行，且结构简单。有关的测试和飞行试验结果表明，所设计的增压系统主、副路工作协调，反应迅速，性能稳定可靠。     

运载火箭主动段自适应增广控制

针对运载火箭上升段在复杂飞行环境、大不确定性干扰和振动等因素的影响下，传统PID控制方法难以满足高品质控制需求的问题，进行了自适应增广控制(AAC)方法研究，以实现对运载火箭姿态的精确控制。在深入分析自适应增广控制系统整体构架的基础上，通过标称PID控制器设计与基于粒子群优化(PSO)的数字滤波器设计实现了刚体控制及对弹性振动的抑制；继而针对大范围干扰、不确定性和由于滤波器切换产生的弹性振动影响，设计了在线调整算法自适应调节PID控制增益，并对其工作机理与参数设计原则进行研究；然后设计干扰补偿回路和主动减载回路以减小内外扰动、弹性振动和风载荷影响；最后在弹性振动、风干扰和参数不确定性等因素同时作用的状态下进行仿真分析，验证了自适应增广控制系统能够有效应对运载火箭主动段复杂飞行环境的影响，大幅度提升综合控制性能，具有理论研究意义与工程应用价值。     

双CPU环境下飞行控制软件的设计

本文介绍运载火箭飞行控制软件在双ＣＰＵ冗余硬件配置下的可靠性设计和可靠性指标分配的方法。文中提到的部分技术经过了实验的检验，证明是可行的     

新一代载人运载火箭已取得阶段性成果

正在第12届中国航展上了解到,我国已启动新一代载人运载火箭和新一代载人飞船的研制工作,目前已取得阶段性成功。新一代载人运载火箭是根据我国载人航天工程发展规划,为发射我国新一代载人飞船而全新研制的高可靠、高安全的载人火箭。中国运载火箭研究院"长征"七号运载火箭总指挥王小军说,新一代载人运载火箭将按照载人飞行的最高安全标准进行设计,在近期可以用于载人月球探测工程中的环月、绕月等演示验证     

新一代运载火箭适应发动机停摆故障控制策略研究

我国新一代运载火箭采用了助推发动机与芯级发动机联合摇摆控制模式,但随着参与控制发动机数量的增加也带来了控制系统可靠性降低的风险。本文针对火箭飞行过程中发生的单台发动机停摆故障,从控制力补偿原理进行分析,提出了控制力补偿策略,并进一步对发动机停摆可适应的能力范围进行了研究,最后通过数学仿真得到验证。应用该控制策略可以实现新一代运载火箭发动机的故障吸收,提高系统的可靠性。     

运载火箭故障模式及制导自适应技术应用分析

为提高制导控制系统在运载火箭全发射任务周期中的智慧水平，提高运载火箭完成任务的鲁棒能力，从不同角度阐述了运载火箭故障模式，创新提出了基于能量属性的故障分类方法。针对不同级别的能量故障提出了对制导控制系统的功能、性能需求。尤其针对小、中级别能量故障，简述了运载火箭故障飞行制导自适应方法应用，包含案例及任务目标变更原则等，并分析了制导自适应技术后续工程化应用的实施途径。基于能量属性的故障分类方法及制导自适应方法可应用于后续中国运载火箭工程研制。     

新一代运载火箭推进剂贮箱的冗余氦气增压系统

介绍了新一代运载火箭推进剂贮箱的冗余氦气增压系统组成和工作原理。分析了增压系统几种一度故障模式下的冗余功能。地面试验验证结果表明:该增压系统采用互为备份的增压主路和副路,副路是主路的完全冗余,有一度故障的容错能力,同时降低了对增压系统中减压阀性能的要求,减少了减压阀的设计难度,提高了氦气增压系统的可靠性。     

我国新一代中型高轨运载火箭发展研究

新一代火箭CZ-5、CZ-6和CZ-7陆续首飞成功,拉开了我国运载火箭更新换代的序幕。新一代中型运载火箭CZ-7于2016年6月和2017年4月圆满完成了两次飞行任务,为中型运载火箭的研制奠定了坚实的基础。在CZ-7火箭基础上,增加CZ-3A氢氧三子级,在海南文昌发射GTO轨道卫星,运载能力不低于7.0t,可快速形成更新换代能力,填补我国GTO轨道该吨位的运载能力的空白。为了进一步提升我国运载火箭的竞争力,对标国际先进水平,针对新一代中型高轨运载火箭开展构型优化研究,以提高火箭性能,降低火箭成本,提升火箭的使用维护性能,满足后续GTO发射任务需求。     

基于信号辨识的运载火箭实时减载控制技术

运载火箭在高空风区域飞行时,其自身结构载荷的约束对气动载荷提出了控制要求,为了降低高空风对运载火箭飞行的影响,减小运载火箭的气动载荷,保证其在高空区飞行的安全可靠,提出了一种简单可行的实时减载控制方法。首先,通过非线性状态观测器估计方法,获得箭体绕质心运动的角加速度信号以及捷联惯组相对质心的位置,计算出箭体绕质心运动产生的线加速度信号;其次,从运载火箭上捷联惯组测量到的视加速度信号中减去箭体绕质心运动产生的线加速度信号,消除箭体绕心运动产生的影响,进而获得箭体质心位置附近的视加速度信号,参与实时减载控制。仿真验证了该控制方法可以有效降低运载火箭的气动载荷,提高了运载火箭在高空风区域飞行的适应能力。