光電互補飛行器

魯雙峰 沈顯慶

摘 要：我國作為一個快速進步的發展中國家，尖端科技成為我國未來的發展目標，航天技術成為未來優先發展的方向。一個國家的綜合國力和科技水平的高低在航天技術方面也會有著重要的體現。所以，國家非常重視航天技術的發展。為此，在航天飛行器控制領域做出深入的研究和探討，包括目前航天飛行控制領域遇到的前沿問題及挑戰及所遇到的問題、航天飛行器控制技術基礎問題與關鍵技術、技術研究發展和未來航天飛行控制技術發展趨勢。

關鍵詞：航天飛行器;研究現狀;未來發展趨勢問題

引言

我國航天事業未來發展的核心和關鍵放在了運載火箭和空天飛行器領域。這類技術的前沿性、基礎性以及綜合性更強，因此也成為世界發達國家和科研工作者的高度重視。為此，在自由進入空間、增強空間利用和速度控制等技術方面，都具有不同程度的研究問題和探討難點。相比較我國現階段的航天技術發展而言，不管是研發機構還是航天研究工作者，都與國外還是具有一定的差距，但是我國已經高度重視，投入了相當大的人力、物力以及科研力量，繼續向航天大國的路上邁進。

1 航天飛行器控制技術研究現狀

1.1 航天飛行器控制領域前沿問題與挑戰

我國目前已經在航天領域已經有一定地位。比如，在運載火箭方面研究出了14種不同型號的運載火箭，其功能具備了太陽同步軌道以及發射近地軌道等。經過高精度的發射，它的運載能力和入軌的精確度已經驗證了處于世界的領先水平[1]。即便這樣還是和發達國家的航天技術，存在比較大的差距。主要表現在運載火箭發生的故障問題，和問題應對方面存在較多不足。在火箭發射時會遇到一些較小問題，而這些問題由于不具備專業的診斷儀器和專業的預測能力，為系統故障問題做出解決辦法，以及對故障后果做出精確預測，致使對火箭發射產生不良影響。

航天飛行器的控制系統相當于人體的神經系統，對于整個航天運載系統至關重要。為了提高運載火箭的安全性，對控制系統也提出了更高的要求。航天飛行器的控制系統主要受環境載荷以及故障診斷應對能力的影響。在環境載荷方面，在氣流、大氣和以及引力等方面，認識、了解尚不全面。導致環境載荷無法受到有效控制，所遇到的問題無法得到很好解決。在火箭結構強度上有所加強，但這對飛行器的運載能力和有效投送比方面產生不良影響。在故障診斷以及應對方面，現階段的運載火箭面對非災難性故障問題時，其制導控制系統的控制結構適應能力差，應變能力不足。

1.2 航天飛行器控制技術基礎問題與關鍵技術

未來航天技術未來發展方向是自由進入空間、天地順利往返以及完成空間作戰方面的任務。因此，也對航天飛行器中的控制系統提出了更高的要求，因為航天飛行器造價高，構建復雜，一旦出現問題，影響較大[2]。

航天飛行器控制系統方面遇到的問題，包括，上升段最優在線控制技術、軌道返回與大氣層高超聲速多約束制導技術以及空天一體全速域復雜結構飛行器姿態控制的技術。在上升最優在線控制技術中，飛行器在飛行過程中可能會因為大氣層內氣動因素，造成飛行器在高空出現故障，而上升段最優技術滿足自主、快熟規劃、安全可靠進入太空的能力，可以將發生故障概率降到最低。其中制導控制回路可重構、在線故障識別與管理、自主制導控制技術的檢驗和驗證、軌跡在線規劃等關鍵技術都有運用到。

在軌道返回與大氣層高超聲速多約束制導技術的運用中，空中飛行環境極其復雜，空中飛行器在進行軌道返回時會經過三個過程，包括真空、稀薄和稠密。在這過程中，會有許多不可控制的因素，導致飛行過程受到不同程度影響。為了空中飛行器，能夠在多種惡劣的先天條件下能夠自主性解決問題，并有超強的適應能力。這也要求在制導系統和軌道返回系統做出深入研究。其中所用到的關鍵技術包括大范圍橫向機動與規避飛行制導、末端能量管理制倒以及天基離軌制動返回軌道規劃與制倒。

1.3 航天飛行器控制技術研究進展

我國對航天技術非常重視，投入了大量研究。其中在上升段制導方面，早在上個世紀60年代，阿波羅計劃中的土星系的火箭和航天飛機已經運用了閉環近似最優指導，只不過當時的科學技術不夠發達，大氣內最優制導算法問題得不到快速且有效的解決辦法，所以一直用的是開環制導的方式。發達國家早在70年代就已經對大氣層內閉路制導系統投入大量研究，主要目標是在保證了相同的有效荷載能力，還能在發射前期消耗最短時間、消耗最少人力，以及在較大軌跡偏離并且系統有性能復雜的情況下安全運行[4]。雖然在上升段最優制導方面有了很好的發展成果，但是實際上還沒有運用到工程里面去。

二、對我國航天飛行控制技術發展趨勢的思考

為了我國航天飛行控制技術成為市場化、產業化以及國際化，并且能夠從容應對國際競爭壓力，縮小我國航天運載系統與世界發達國家的航天運載技術的差距。為此，需要對航天飛行器控制技術進行深入研究，并且對未來發展中遇到的基礎問題和關鍵技術進行詳細的規劃。首先，要研究新型的空間武器，未來的航天飛行控制技術需要具備高可靠性、高自主性、高自主能力以及低成本，可持續利用的性能。

在加強進入空間和空中飛行控制基礎理論領域進行深入研究。美國已經在此領域取得了巨大成就，但是還是有許多需要改進的地方，進而對“先進制導控制技術”有了新的研究目標，讓控制技術進入新的時代。我國也應當為此技術進行深入性研究，把國內的優勢企業和專業性研發人才聚集起來，進行“飛行器先進制與控制專題”研討會。我國現在所處的信息化時代，把遇到的飛行器控制、決策和管理一體化的應對問題，進行理論和解決方法上的研究。

在加強飛行器和環境相互作用上進行深入研究。飛行器通道間定量化研究穩定性差，導致了飛行器的穩定控制難度比較大，而飛行環境特別復雜，導致高超聲速會對飛行造成影響。為此，要對飛行器與環境的相互影響做出深入研究。

在天地一致性問題上進行深入研究。傳統的地面試驗已經應對不了現階段的超聲速飛行，目前需要重視天地一致性的問題。為此，在技術方面，需要對高逼真度仿真實驗進行多次、反復試驗研究，最后進行問題評估。在國家方面，需要向具有先進航天技術的發達國家，學習科學的理論知識和問題解決辦法，加強國家對基礎能力建設，大力培養科技人才，

結束語

航天技術是一個國家綜合國力的重要體現，對于航天技術我們需要用長遠的眼光，為了我國未來航天技術的發展。需要認識到現階段航天飛行技術的近況，以及對未來的發展趨勢進行詳細規劃。

參考文獻

[1]王靜，楊杰，趙文斌.航天飛行器外防熱復合材料發展概況[J].材料導報，2018，32（S2）：425-429.

[2]張緒虎，單群，陳永來，杜志惠.鈦合金在航天飛行器上的應用和發展[J].中國材料進展，2011，30（06）：28-32+63.

[3]樂秀衛.航天飛行器用新材料的現狀與發展趨勢[J].上海有色金屬，1995（02）：104-112.