航天器设计如何降低成本

降低成本已成为国际航天界越来越重视的挑战之一,来自私营宇航公司的成本竞争不容忽视。美国航天专家约翰·斯崔克兰曾指出,太空探索公司降低发射费用的主要技术手段有三个方面,1)降低制造成本;2)降低运行费用(具有时效性的操作设计和降低发射的人力成本);3)实现高效性能的飞行。尽管太空探索公司来自美国,但美国航天界仍然孜孜不倦地探讨如何降低成本,以至于将一年一度的"重塑空间"会议2015年的会议主题确定为"显著地降低空间任务的费用",并且指出,在当前经济形势下,创造低成本、快速响应的系统,具备迅速、经济和可靠地进入空间的能力,显得比以往任何时刻都要重要。     

钝头体载人飞船跳跃式再入预测-校正制导方法研究

针对钝头体载人飞船再入制导采用标准轨道法对不确定性因素缺乏鲁棒性且只适用于纵向航程较小情况等问题,提出了一种基于数值预测-校正的跳跃式再入制导方法.该算法通过实时预测跳跃段剩余航程与理论值之间的偏差以及数值积分,将倾侧角的规划问题转化为非线性单变量寻根问题,采用割线法迭代计算满足落点误差要求的倾侧角.将该方法应用于某载...     

联立法求解月面上升段最优轨迹的快速收敛控制技术

为了更好地解决复杂约束下的航天器月面上升段在线轨迹规划问题,提出了一种求解最优轨迹的联立框架。首先利用有限元正交配置法将状态变量和控制变量完全离散化,得到一个非线性规划命题。考虑到命题中含有较多的不等式约束并且会随着有限元的增加而增加,故采用内点算法对非线性规划命题进行求解。离散化后的非线性规划命题的规模大幅度增加,导致了优化计算难度的加大和求解时间的增加,为了便于联立法的在线应用,采用收敛深度控制策略从平衡解的精度和计算效率的角度来改进优化算法的实时性。以某航天器载人返回任务月面上升段场景为算例进行仿真,结果表明基于联立法求得的最优控制量序列得到的飞行轨迹满足轨道根数的精度要求,同时利用收敛深度控制策略可以实现快速收敛控制。     

重复使用运载器制导与控制技术综述

本文对重复使用运载器制导与控制技术进行综述。随着航天技术的发展,对航天运载器重复使用的需求也日益剧增,具备可复用的天地往返运输能力也一直是航天工业追求的重要目标之一,而制导与控制将发挥重要的作用。首先回顾了全球范围内重复使用运载器的研究进展,随后从不同的维度对其发展途径进行分类和分析,并从垂直起飞垂直着陆（VTVL）、垂直起飞水平着陆（VTHL）、水平起飞水平着陆（HTHL）等3个方面对制导与控制的需求进行了梳理。针对不同的起降模式,详细构建了完整的制导与控制模型、约束与目标函数,从而对比在不同场景下制导与控制的特点和挑战。在此基础上,对在VTVL、VTHL、HTHL 3种工作方式下制导与控制理论研究与工程实践中所取得的研究成果进行分析,并对各种方法的特点进行了论述和比对。最后对本领域当前亟待突破的技术难点和发展趋势进行了讨论,并对推动重复使用运载器应用的重点研究方向进行了归纳和展望。     

载人运载火箭软件工程化二十年实践

自我国载人航天工程启动以来,在航天领域中系统地开展了软件工程化的应用推广,其中载人运载火箭软件研制也进行了有益的探索。对CZ-2F火箭软件工程化的历程进行回顾,从发展段的自发行为,到成长段的规范管理,至今天技术和管理水平的不断提升;对比统计了同时期各型号软件质量问题,分析了问题的性质以及问题发现的环节,可以看出软件工程化对提高载人运载火箭软件质量起到了显著的效果;最后结合火箭的特点提出了六个方面的工程化工作重点。     

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。     

新一代航天运输系统测发控技术发展的方向

随着信息技术的发展,运载火箭测发控系统的自动化程度大大提高,但技术的进步带来了要求的提高,使得测发控系统又显现出诸多不足.本文通过梳理当前测发控系统存在的主要问题,提出智能、全面、便捷应是未来测试发射控制技术努力的方向,以达到减少发射专业保障队伍、提高测试覆盖性和真实性、简化发射场操作的目的.文中提出的相关技术,部分已在我国新一代运载火箭中得到应用.随着这些技术成熟度的提高,将极大地提升长征系列运载火箭的竞争力.     

运载火箭飞行载荷联合优化控制技术

为了解决基于模块化研制的运载火箭其飞行剖面载荷与承载能力不匹配而导致发射概率过低的问题,提出一种基于弹道风修、发动机节流、主动减载、横向动载荷精细化四项减载技术的飞行载荷联合优化控制技术。以箭体承载能力为约束,提高发射概率为目标,多种载荷控制技术联合为手段对运载火箭进行逆向设计,可以有效提高模块化研制火箭的发射概率。以长征八号运载火箭首飞为例,该技术成功将发射概率由研制初期的33%提高到83%。     

基于BMU/LVDS总线的闭环总检查测试技术研究

为了更好地满足控制系统总检查测试的有效性和覆盖性要求,本文提出了火箭控制系统总检查的闭环测试方案。同时,新一代运载火箭所采用的总线监控单元BMU和箭地高速串行总线LVDS等新技术使方案的实现成为了可能。本文先介绍和论述了方案提出的必要性、原理以及实现的技术支持;接着提出了几点闭环实现的设计思路;最后在某型号火箭控制系统综合实验的基础上搭建了闭环测试平台,对惯组的有效性以及迭代制导算法的适应性进行了系统级的验证,实验表明方案能够很好地满足地面测试的有效性和覆盖性。     

运载火箭轨迹预测制导方法研究

针对运载火箭入轨多约束需求,提出一种将迭代制导与数值积分相结合的轨迹预测制导方法,该方法计算量较小、适合箭上实时计算,能够同时满足终端姿态约束和轨道参数约束要求。探讨提高轨迹预测制导算法收敛性和实时性的工程实现方法,并分别给出解决方案;通过数学仿真算例验证了该方法的性能,结果分析表明该算法具有较高的制导精度,在增加终端姿态约束而其它条件不变的情况下,算法很好地满足了各项终端指标要求,同时增加的推进剂消耗在可接受范围内。