中国下一代运载火箭电气系统技术发展研究

运载火箭电气系统主要负责实现飞行过程及地面测试过程中的导航制导控制、参数测量、遥测遥控、供配电管理以及故障诊断功能,是运载火箭的重要组成部分之一。总结梳理国外运载火箭电气技术发展趋势,结合我国后续运载火箭的发展需求和技术特点,提出了我国运载火箭电气系统的总体架构和技术发展方向,从综合电子技术、轻质化技术、多电火箭技术、智能化技术、便捷化技术等方面提出了后续关键技术的发展方向和建议。     

国外重型运载火箭发展趋势述评

重型运载火箭发展的核心问题是总体构型方案,包括箭体直径、发动机选型及技术继承性问题。通过对国外重型运载火箭发展脉络进行分析,研究其发展特点,总结了发展趋势,即重型运载火箭由传统的串联构型向捆绑助推器构型发展;重型运载火箭采用大直径箭体和大推力发动机;充分发挥液体、固体发动机的优势,实现最佳动力组合,并充分利用成熟技术。最后,提出我国重型运载火箭总体设计工作的相关建议。     

Development trend review of foreign heavy-lift launch vehicle

重型运载火箭发展的核心问题是总体构型方案,包括箭体直径、发动机选型及技术继承性问题.通过对国外重型运载火箭发展脉络进行分析,研究其发展特点,总结了发展趋势,即重型运载火箭由传统的串联构型向捆绑助推器构型发展;重型运载火箭采用大直径箭体和大推力发动机;充分发挥液体、固体发动机的优势,实现最佳动力组合,并充分利用成熟技术.最后,提出我国重型运载火箭总体设计工作的相关建议.     

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。     

面向下一代运载火箭的综合电子系统集成技术

介绍了面向下一代运载火箭分布式模块化电子系统(DIMA)的集成技术及系统架构。针对下一代运载火箭复杂电子系统的特点，按照系统集成的路线，对系统设计目标、系统功能需求分析、系统抽象机制、系统综合技术等多方面进行论述。首先，根据电气系统功能获得系统需求，采用功能抽象和层次抽象定义系统抽象模型，提取出高内聚低耦合的原子功能模块，并对模块的属性、交换关系、时序约束关系等进行定义；然后采用可视化表征方法对系统进行深入分析，利用系统综合技术实现了从系统功能到硬件资源的映射，从而给出了集成控制单元和模块的种类；随后采用分时分区的设计理念对系统节点分区划分方案及容错架构进行了定义，并对分区操作系统的调度模型和交换式的数据交互网络进行了论述，最终给出了系统软硬件架构。     

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。     

一种可用于箭载测量数据综合的网络交换技术

针对箭载测量数据综合网络,提出一种交换机实现架构和交换技术方案,对其中的关键技术———调度算法和队列管理策略进行分析,并对根据此方案设计的交换机的交换延时进行测试与分析。结果表明,提出的交换技术方案满足箭载测量数据综合网络对交换延时的要求。     

一种通用型箭载数据采集传输设备的设计与实现

本文结合国内外运载型号的发展趋势，梳理现役火箭遥测系统的应用需求，实现了一种基于VPX（新一代高速串行总线标准）总线架构的通用型箭载数据采集传输设备设计方案，对其关键技术如结构标准化技术、总线通用化技术、模块化技术等进行了重点分析。该方案对箭上设备的系统架构状态进行统一，大幅度提升设备的性能、集成度和通用性，满足型号未来应用需求，在航天领域具有广阔的发展前景。本文最后给出了该通用型箭载数据采集传输设备相比现役产品的优势。     

利用双目箭载图像测量目标位姿方法研究

研究箭载图像中的目标位姿测量方法,可作为箭上物理量测量的一条新途径。首先,使用STK软件仿真运载火箭级间分离过程,输出箭载视角双目仿真图像。然后,应用SURF/MSER方法对双目图像中的特征点进行检测、匹配、筛选,基于双目视觉测量模型解算特征点的空间坐标。最后,选取目标中心点描述被测目标位置,选取与分离面平行平面上的三点解算被测目标姿态。实验结果表明,方法可有效地测量箭载图像中目标的位置、姿态,为未来工程应用实现打下基础。     

“会学习”运载火箭的制导控制技术

“会学习”运载火箭具备“边飞边学”和“终身学习”的特征。对于“会学习”运载火箭制导控制技术具备的5个能力需求,即飞行状态在线辨识与感知、制导控制在线重构、经验知识自学习、“终身学习”和箭上强计算能力等进行了分析,研究了支撑“边飞边学”的在线辨识与控制重构、轨迹在线规划、目标在线变更等技术和支撑“越飞越聪明”的数据挖掘、自我学习、持续优化和决策评估等技术。最后,对“会学习”运载火箭的智能控制技术进行思考与展望。     

基于综合电子的某型运载器电气系统方案设计

为降低全生命周期成本,提高航天运载器综合竞争力,提出了基于综合电子方案的某型运载器电气系统设计实现方法。首先对该运载器功能需求进行了分析,建立了基于综合电子的系统分布式集成逻辑架构,然后分别就系统任务规划与操作系统分区结构、基于时间触发以太网(TTE)的一体化机内外总线体制以及系统容错处理机制等关键技术及实现途径开展了分析论证。本方案提出的相关软、硬件设计方法有利于实现系统快速集成与系统内资源共享,同时为实现冗余容错控制、在线任务规划等功能提供了便利。     

运载火箭试验大数据存储架构设计与应用

运载火箭试验产生的数据量呈现出爆炸式增长,主要特点表现为数据种类多、数据密度大、数据持续时间长。传统单机部署和基于关系型数据库与文件的系统架构的不足逐渐显现,不同种类的数据不做区分存储,存储和查询效率低,数据无备份,存在单点故障导致数据丢失的问题,无法满足海量数据场景下的存储计算业务需求。利用大数据技术思想,针对运载火箭存储计算业务的需求,设计出一套运载火箭试验大数据存储架构,并给出了各存储组件的存储模型设计方法。通过实际工程应用表明：该架构具备良好的可靠性、可扩展性和可维护性,是一种切实可行的大数据存储架构设计,能够满足运载火箭试验数据的存储计算等业务需求。     

垂直起降可重复使用运载器发展现状与关键技术分析

重复使用运载技术是降低单次发射成本、提高发射密度和减少残骸危害的有效手段,随着以Falcon 9系列为代表的垂直起降运载器的成功回收与重复使用,其在商业航天发射市场表现出了较强的竞争力,掀起了可重复使用运载器的研究新热潮。首先梳理了垂直起降可重复使用运载器的发展现状,然后结合垂直起降运载的任务特征分析了其关键技术,最后总结了垂直起降运载器的发展趋势。     

Innovation and Outlook of the New Generation of Cryogenic and Quick-Launch Launch Vehicle

This paper introduces a launch vehicle scheme for the new generation of cryogenic and quick-launch launch vehicle(LM-6). The main technical innovations of LM-6 launch vehicle include the capability of twenty satellites launched by one vehicle, high-pressure staged combustion cycle engine and oxygen tank self-pressurization, sandwich bulkhead tank with 200 K temperature difference, and 7-day quick-launch using the "three horizontals" test and launch mode with integral transportation and erection. The future development of the quick-launch launch vehicle is predicted based upon the need for vehicle mission coverage improvement, better response speed, and stronger market competiveness.     

运载火箭贮箱增压控制技术发展综述

随着运载火箭低成本、高可靠性的发展趋势,对贮箱增压的控制技术提出了更高的要求。在研究国内外火箭的增压控制技术现状的基础上,总结提炼出增压控制技术的发展趋势,为后续新型火箭的研制提供参考。     

运载火箭大容量CPCI集成数据采集与测试系统设计

介绍了一种用于运载火箭测试的CPCI数据采集系统设计方案,该测试系统针对某运载火箭测试需求,从顶层设计出发,以龙芯2F处理器为基础平台,对测试系统组成构架、硬件平台设计和软件系统设计等各个层面进行了优化设计,该系统实现了高流量、高速度的多种信号连续采集处理和发送,测试系统具有体积小、集成度高、可扩展和便于维修的特点.     

Technical Feature Analysis of the LM-5 Overall Plan

The Long March 5(LM-5) launch vehicle is China's new generation heavy-lift rocket with the largest payload capacity,representing the highest standard of China's current launchers.It took 10 years to develop the LM-5 launch vehicle.On November 3,2016,the LM-5 carrier rocket blasted off from the Wenchang satellite launch center on Hainan Island,achieving a successful maiden flight.During the development of the LM-5 rocket,the engineering team accumulated abundant experience on developing heavy-lift cryogenic rockets and established a thorough research and development system for new generation launch vehicles,which significantly raised the ability for launcher RD.     

New Power for Boosting China's Aerospace Industry

China's new-generation launch vehicle LM-5 successfully completed its maiden launch in November 2016.Among the new technologies applied in the launch vehicle,four types of liquid rocket engines attracted extensive attention.These engines feature advanced concepts and technologies such as a staged combustion cycle and expander cycle.The engines are the results of hard effort of more than ten years,which is also an epitome of the development history of China's aerospace industry.This paper gives a brief introduction to the technological schemes,main parameters,development process and application of the four types of engines that powered the new-generation launch vehicle.Finally,proposals for new liquid propulsion technology development in the future in China are presented.