一種運載火箭二級起控優(yōu)化設計方法

檀朋碩，張 青，王 勇，林海奇，呼寶鵬

(北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076)

近年來，隨著應急衛(wèi)星、商業(yè)小衛(wèi)星等衛(wèi)星發(fā)射需求急劇增長，固體運載火箭領域呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢。與液體運載火箭相比，固體運載火箭無需射前臨時加注，簡化射前準備工作，具有發(fā)射成本低、準備時間短、發(fā)射響應快的優(yōu)點[1]，對于發(fā)射抗震、救災等應急任務衛(wèi)星具有重要的意義。

相比于液體運載火箭，固體運載火箭各級發(fā)動機工作時間較短，一二級分離通常為大氣層內(nèi)熱分離，一二級分離時運載器飛行速度高，飛行動壓大。此外，為了減小氣動阻力，火箭氣動特性一般設計為氣動靜不穩(wěn)定。二級起控過程，二級發(fā)動機處于建壓階段，發(fā)動機推力較低，控制能力有限，若通過抬高軌道降低動壓方式提高二級起控穩(wěn)定性，將降低火箭運載能力。因此二級起控穩(wěn)定性一直是固體運載火箭總體方案論證過程中的關鍵問題之一。

熱分離固體運載火箭二級起控面臨小控制能力下的高動壓、大攻角飛行控制難題，目前，尚無針對熱分離固體運載火箭二級起控的相關研究發(fā)表。沙建科等[2]、楊濤等[3]對級間分離影響因素進行了分析和仿真，為開展二級起控研究提供了條件。宋少倩等[4]針對冷分離吸氣式導彈，提出了優(yōu)化最佳分離點解決起控問題的策略；文獻[5-8]針對火箭和導彈姿態(tài)控制分別提出了線性自抗擾控制[5]、自適應積分滑模姿態(tài)控制[6]、最優(yōu)協(xié)調(diào)控制[7]、模型預測控制[8]非線性姿態(tài)控制方法；……