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。     

运载火箭推力故障下基于智能决策的在线轨迹重规划方法

为了提高运载火箭上升段飞行中推力故障下轨迹重规划的计算效率,提出了一种基于智能决策的在线轨迹重规划方法,将原问题转化为最优救援轨道的在线智能决策和成熟的燃料最优轨迹规划问题进行求解。通过离线求解不同故障状态对应的轨迹重规划问题,建立"故障状态-救援轨道"样本集,基于径向基神经网络建立最优救援轨道的决策模型,并将决策模型装订箭上。在实际飞行中以当前故障状态作为输入,利用决策模型可在线快速决策出最优救援轨道根数,进而求解以救援轨道为目标轨道的燃料最优轨迹规划问题,从而完成推力故障下的在线轨迹重规划。数值仿真表明,与直接求解轨迹重规划问题相比,该方法的计算效率提高了两个数量级以上,同时给出一致的最优救援轨迹。     

高维不确定性条件下飞行器级间分离可靠性评估

针对高维不确定性条件下飞行器级间分离精细化分析需求,建立参数化级间分离动力学仿真模型,综合考虑级间分离过程中高维不确定性因素影响,识别典型分离失效模式,构建分离可靠性模型。提出采用活跃子空间方法实现高维不确定性参数的空间降维,结合极大极小距离序贯采样方法,利用含交叉项的高阶多项式回归模型对降维空间进行近似,完成了可靠性分析。结果表明,提出的方法能够准确描述高维不确定性因素对分离可靠性的影响特征,在保证高维不确定性计算精度条件下,大幅提升分离可靠性定量分析效率,此外,不同阈值对应分离可靠性曲线与常规打靶仿真结果吻合良好,为高维不确定性条件下分离方案精细化设计提供支撑。     

Configuration space and stability analysis of solar sail near-vertical earth-trailing orbits

Regions outside the reach of traditional propulsion systems or the ones that require significant propellant, may be reached by harnessing the solar radiation pressure and leveraging coupled dynamics to maneuver a sail-based spacecraft. Earth-trailing orbits have recently been investigated for getting a unique perspective of the Sun while maintaining the spacecraft in close proximity to Earth. Vertical orbits trailing the Earth exhibit the additional capability to view the Sun from above and below the ecliptic plane. In this work, families of sail-based orbits are explored for varying Earth-trailing angles and Z amplitudes in the Sun-Earth circular restricted three-body problem. Optimization is carried out to ensure that the non-traditional vertical orbits exhibit a constant pitch angle control history, as well as symmetry across the X-Y plane. The stability of the resulting orbit families is assessed using an extension of Flouquet theory to Differential Algebraic Equations. Results indicate that sail-based Earth-trailing vertical orbits can be more stable than traditional sub-L₁ sail-based vertical orbits.     

运载火箭推力故障下在线计算轻量化任务重构方法

为了避免运载火箭推力下降故障引起发射任务失败,基于径向基神经网络,提出了一种在线计算轻量化的任务重构方法,可快速在线计算最优救援轨道对应飞行轨迹(最优轨迹)的近似解.在离线部分,结合凸优化与自适应配点法产生"故障状态-最优轨迹"数据集.数据集被用来训练径向基神经网络,建立轨迹决策模型来构建故障状态到最优轨迹的动力学关系...     

火箭发射对塔架威胁情况建模与分析

首先分析了火箭在垂直起飞段横向漂移对发射塔架的影响,并建立了一组准确描述和计算运载火箭相对发射塔架横向(OT方向)漂移的数学处理模型,然后利用试验任务数据计算火箭在OT方向的漂移。所计算的横向漂移量为分析垂直起飞段火箭对塔架的碰撞威胁提供了有效的数据,为确定塔架结构的可靠性和提高发射过程的安全性提供了科学依据。     

Gravity field models from kinematic orbits of CHAMP,GRACE and GOCE satellites

The aim of our work is to generate Earth’s gravity field models from GPS positions of low Earth orbiters. Our inversion method is based on Newton’s second law, which relates the observed acceleration of the satellite with forces acting on it. The observed acceleration is obtained as numerical second derivative of kinematic positions. Observation equations are formulated using the gradient of the spherical harmonic expansion of the geopotential. Other forces are either modelled (lunisolar perturbations, tides) or provided by onboard measurements (nongravitational perturbations). From this linear regression model the geopotential harmonic coefficients are obtained.     

考虑火箭约束的深空探测弹轨道拼接模型

针对深空探测任务轨迹规划中对于运载火箭弹道约束考虑不足、弹轨道拼接设计效率低的现状,建立了考虑运载火箭射向和末级滑行时间约束的弹轨道拼接计算模型,在无引力摄动假设下得到了任意深空出发速度条件下的运载火箭射向和末级滑行时间计算公式。利用该模型分析了弹轨道可成功拼接的集合范围随深空出发速度、发射场地理位置、火箭射向和滑行时间约束范围的变化规律。提出深空出发"赤纬-发射能量"(δ-C3)图方法,可在图上表示指定型号运载火箭深空发射能力可行域,结合深空轨道转移Pork-Chop图方法,可以快速判断该型运载火箭是否适用于特定深空发射任务。依据这一方法,提出了对我国未来深空探测运载火箭射向和末级滑行时间的能力需求。     

新一代运载贮箱搅拌摩擦焊应用研究

在分析搅拌摩擦焊(FSW)原理和工艺特点的基础上,设计了适于厚6 mm 2219铝合金焊接用搅拌头,进行了平板工艺试验,以及焊缝的外观质量、金相组织和力学性能评定。采用线能量因子确定了最佳工艺容限。新一代运载2219铝合金贮箱1∶1验证件的焊接和压力试验证明,FSW的焊接质量、构件整体尺寸精度和生产效率都远高于传统的交流钨极惰性气体保护焊(TIG),完全满足新一代运载贮箱的制造要求。     

长征系列运载火箭发射人造卫星的情况简析

分析了现在报刊上有关长征系列运载火箭发射情况报道中存在的问题,给出了1970～1998年长征系列运载火箭发射人造卫星情况的汇总表。