王漢元

摘 要：本文重點(diǎn)對飛行器以及對飛行器的控制進(jìn)行了分析，總結(jié)了當(dāng)前我國在航天飛行器研究方面存在的問題以及挑戰(zhàn)，然后概括了我國未來在航天發(fā)展領(lǐng)域中對飛行器控制技術(shù)的發(fā)展和基礎(chǔ)問題的解決，針對性分析了當(dāng)前航天飛行器控制技術(shù)的研究進(jìn)展，對未來我國在航天飛行器研究和發(fā)展提出了建議。

關(guān)鍵詞：航天飛行器；控制；動力學(xué)

航天技術(shù)是當(dāng)前世界科技發(fā)展歷程中比較高端的科技技術(shù)之一，同時也是象征著一個國家科技發(fā)展層次和國力強(qiáng)弱的重要標(biāo)志。當(dāng)前，世界上各大航天大國以及相關(guān)的研究工作者對飛行器的研究進(jìn)程不斷的深入，其中對飛行器的進(jìn)入空間、提升空間大小控制以及有效實(shí)現(xiàn)天地往返等方面技術(shù)進(jìn)行了研究，通過各種頂尖科技技術(shù)的研究，將全新的設(shè)計(jì)概念融入到世界各國的發(fā)展規(guī)劃當(dāng)中，并且取得了階段性的進(jìn)展。本文所介紹的航天器，重點(diǎn)是針對進(jìn)入到宇宙空間中的運(yùn)載火箭和空間飛行器，對這種飛行器的研究涉及到了飛行器控制理論與技術(shù)屬于當(dāng)前對空間飛行器研究領(lǐng)域的重點(diǎn)內(nèi)容，具有一定的挑戰(zhàn)性、前瞻性、先進(jìn)性以及基礎(chǔ)性等方面的特點(diǎn)，對該技術(shù)的分析研究已經(jīng)成為了我國航天事業(yè)在未來工作發(fā)展過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)。

1 航天飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域中的問題和挑戰(zhàn)

1.1 空間控制和控制技術(shù)問題

我國在歷經(jīng)四十多年的研究和發(fā)展，我國在運(yùn)載火箭技術(shù)研究方面已經(jīng)取得了突破性的緊張，已經(jīng)獨(dú)立自主研發(fā)出了十四種不同型號的“長征”系列的空間運(yùn)載火箭，空間運(yùn)載火箭具有近地發(fā)射軌道、地球同步軌道以及太陽同步軌道等多種不同類型的運(yùn)行途徑，飛行器的入軌精度已經(jīng)充分達(dá)到了世界飛行器研究先進(jìn)水平。盡管當(dāng)前我國在人造運(yùn)行火箭技術(shù)研究方面已經(jīng)取得了一定的成績，在國際航天技術(shù)研究領(lǐng)域當(dāng)中占據(jù)了重要地位，并且已經(jīng)通過了高密度發(fā)射測試考核，在航天技術(shù)控制方面已經(jīng)得到了有效的驗(yàn)證。盡管如此，我國在和世界上一些頂尖的航天器研究大國相比，還是存在著一定的差距和不足。因此，我們是需要在航天技術(shù)研究份工作上不斷的努力，爭取達(dá)到世界航天技術(shù)的頂端水平[1]。

1.2 對運(yùn)載火箭出現(xiàn)問題故障的處理能力不足

在航天器飛行器發(fā)射和運(yùn)行過程當(dāng)中，因?yàn)榉菫?zāi)難性的問題造成航天飛行器發(fā)射工作出現(xiàn)故障，以至于造成了航天飛行器發(fā)射失敗。針對這些方面的問題原因，通?？梢酝ㄟ^一些理論設(shè)計(jì)的方式方法來進(jìn)行解決，這就需要航天研究人員通過判斷與防御的方式，來對系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的故障實(shí)施監(jiān)控和檢測，然后在通過技術(shù)隔離的方式進(jìn)行防護(hù)，從中可以有效的檢測出飛行器系統(tǒng)中出現(xiàn)問題的部分，針對這部分的問題進(jìn)行有效的解決，這對航天飛行器任務(wù)調(diào)整提供出了決策方面的支撐能力，同時對航天飛行器設(shè)施維護(hù)與更改工作提供一定的建議和指導(dǎo)。

1.3 對航天飛行器發(fā)射活動的適應(yīng)性不足

在航天飛行器起飛環(huán)節(jié)當(dāng)中，對運(yùn)載火箭發(fā)射的精確程度要求非常高，當(dāng)前我在這方面的應(yīng)對措施已經(jīng)取得良好的進(jìn)展，但是其中還是不具備對發(fā)射時間中敏感性工作的充分適應(yīng)能力。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)屬于航天飛行器中的大腦中樞，提升航天飛行器中樞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，對提升航天飛行器整體的運(yùn)行系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性有著決定性的意義。所以說，我們可以通過對航天飛行器中樞控制技術(shù)的不斷革新，以及對航天飛行器控制系統(tǒng)理論知識深度的加深來不斷的提升航天飛行器運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。同時，航天飛行器中樞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性對飛行器控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)[2]。

2 航天飛行器控制中的關(guān)鍵性技術(shù)分析

當(dāng)前，我國在航天飛行器的研究方面取得了非常明顯的進(jìn)展，其中對航天飛行器的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性、適應(yīng)性以及自主飛行技術(shù)作為基本特性，具有響應(yīng)速度較快、應(yīng)急返回穩(wěn)定以及對飛行過程中出現(xiàn)各種故障進(jìn)行解決，充分的滿足了航天飛行器在未來宇宙空間中的作戰(zhàn)要求，以及在天地之間往返實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的操作工作要求。對航天飛行器系統(tǒng)控制工作中，具有以下幾個方面的基礎(chǔ)性技術(shù)：

2.1 航天飛行器上升階段的最優(yōu)軌跡控制技術(shù)

在航天飛行器的起飛上升過程中最優(yōu)軌跡的控制技術(shù)，重點(diǎn)是受到大氣層當(dāng)中的內(nèi)氣流的影響，在具體的飛行過程當(dāng)中可能會出現(xiàn)難以預(yù)料的問題故障，通過對航天飛行器最優(yōu)化的上升軌跡的設(shè)計(jì)方式，可以充分的實(shí)現(xiàn)飛行器的自主性和快速性的上升，通過這種方式來滿足對航天飛行器的安全穩(wěn)定進(jìn)入到太空當(dāng)中，同時還實(shí)現(xiàn)了降低資金投入成本的作用。其中所包含了關(guān)鍵性技術(shù)包含了：飛行器的軌跡在線規(guī)劃、飛行器故障在線處理、風(fēng)載荷技術(shù)控制、自動化指導(dǎo)控制技術(shù)以及自動故障檢測等方面的功能[3]。

2.2 軌道往返技術(shù)和大氣層超聲速控制技術(shù)

航天飛行器在進(jìn)入宇宙和返回地面的過程中，穿過了真空層、空氣稀薄層、空氣濃密層這三個重要的軌跡階段，在此過程當(dāng)中需要充分的滿足飛行器在運(yùn)行過程中的各種不同的需求條件，其中包含了運(yùn)行過程的約束條件、終端約束他條件等，這就要求在航天飛行器當(dāng)中的制導(dǎo)系統(tǒng)就要具備優(yōu)良的穩(wěn)定性、自動型以及自適應(yīng)能力等。除此之外，我們還需要對航天飛行器的運(yùn)行軌跡快速切入、多方面條件約束等大范圍下的橫向機(jī)動飛行制導(dǎo)等方面的問題加以解決。其中所包含的關(guān)鍵性技術(shù)有：航天飛行器制動返回軌道制導(dǎo)技術(shù)、終端能量制動管理技術(shù)以及大范圍性的橫向機(jī)動和預(yù)防規(guī)避飛行制導(dǎo)技術(shù)等[4]。

2.3 空天一體化全區(qū)域復(fù)雜結(jié)構(gòu)飛行器姿態(tài)控制技術(shù)

因?yàn)榭萍技夹g(shù)發(fā)展的需求，現(xiàn)在空天航天飛行器需要做到的任務(wù)非常多，并且工作模式比較的多樣化，充分滿足了大面積區(qū)域內(nèi)的空間飛行要求，在大面積區(qū)域中的飛行狀況下，會存在很多外界方面因素的干擾，并且表現(xiàn)出航天飛行器內(nèi)部參數(shù)不穩(wěn)定的狀況，為了充分的滿足航天飛行器在軌道轉(zhuǎn)變與軌道脫離過程中所需要的高姿態(tài)要求，真正實(shí)現(xiàn)空天一體化的全速飛行要求，這就需要相關(guān)的研究人員對航天飛行器的姿態(tài)系統(tǒng)實(shí)施反復(fù)輸入，提高設(shè)計(jì)精確度、加強(qiáng)設(shè)計(jì)耦合度以及其他方面的不確定性的控制技術(shù)。

2.4 冗余和重構(gòu)飛行控制技術(shù)

航天飛行器對其本身的設(shè)備控制的形態(tài)、裝載空間、實(shí)際重量以及在多種不同環(huán)境下的自適應(yīng)能力等方面，在進(jìn)入到太空當(dāng)中之后，太空當(dāng)中輻射以及苛刻的環(huán)境下，會對航天飛行器的熱平衡性和對電磁波的兼容能力提出了非常高的要求，為了充分的滿足航天飛行器在長期飛行過程中對出現(xiàn)故障的分析和排出能力，這就需要對航天飛行器中的控制系統(tǒng)的可靠性加以提升[5]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了飛行器在故障結(jié)構(gòu)下飛行控制方面的問題。其中主要涉及到的控制技術(shù)有：高穩(wěn)定性和控制設(shè)備冗余設(shè)施控制技術(shù)、冗余度控制問題監(jiān)測和問題分離技術(shù)、故障狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)系統(tǒng)的重構(gòu)技術(shù)等。

3 對我國航天航空技術(shù)在未來發(fā)展的展望

基于當(dāng)前世界上在航天航空技術(shù)方面的發(fā)展?fàn)顩r，對航天飛行器在之后的技術(shù)發(fā)展過程中關(guān)鍵性的問題和技術(shù)分析，我國在航天飛行器運(yùn)載系統(tǒng)技術(shù)方面的發(fā)展必須要不斷縮短和世界上頂尖航天技術(shù)發(fā)展大國之間的差距；從另一個方面考慮，要不斷推動我國航天飛行器研究事業(yè)在國際上的競爭能力，推動我國航天航空技術(shù)走向市場化、產(chǎn)業(yè)化以及國際化的發(fā)展歷程當(dāng)中。在步入到太空上升階段當(dāng)中，需要不斷的提升航天飛行器研發(fā)的自主性、可靠性、反復(fù)性以及盡可能的降低投資成本等方式。其中航天飛行器對一個國家的安全性和穩(wěn)定有著非常重要的意義，開展全新的宇宙空間作戰(zhàn)武器也是非常必要的，航天飛行控制技術(shù)具備了較高的穩(wěn)定性、精確性、強(qiáng)適應(yīng)性以及自主操作等方面的優(yōu)良特性，具備對任務(wù)工作快速反應(yīng)、對故障問題重新構(gòu)造等方面的能力，充分的加強(qiáng)了我國航天飛行控制技術(shù)方面的重視程度。航天飛行器的研究需要重視飛行器進(jìn)入到宇宙空間之后，在沿著軌道運(yùn)行過程中的基礎(chǔ)控制理論研究，航天大國美國在這方面的工作已經(jīng)取得了比較明顯的成績，但是我們不能就此滿足于這種發(fā)展現(xiàn)狀，仍然還需要不斷的研究和發(fā)展更加具有影響力的“先進(jìn)制導(dǎo)控制技術(shù)”方面的研究和計(jì)劃，不斷的提升我國航天事業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語

通過本文對飛行器以及對航天飛行器控制技術(shù)的分析研究，從中可以得出飛行器控制理論與技術(shù)屬于當(dāng)前對空間飛行器研究領(lǐng)域的重點(diǎn)內(nèi)容，具有一定的挑戰(zhàn)性、前衛(wèi)性以及基礎(chǔ)性等方面的特點(diǎn)，對該技術(shù)的分析研究已經(jīng)成為了我國航天事業(yè)在未來工作發(fā)展過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)。因此，做好飛行器中關(guān)鍵技術(shù)的控制和研究，對我國航天航空技術(shù)的發(fā)展起到了積極的推動作用。

參考文獻(xiàn)：

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