光电互补飞行器

鲁双峰 沈显庆

摘 要：我国作为一个快速进步的发展中国家，尖端科技成为我国未来的发展目标，航天技术成为未来优先发展的方向。一个国家的综合国力和科技水平的高低在航天技术方面也会有着重要的体现。所以，国家非常重视航天技术的发展。为此，在航天飞行器控制领域做出深入的研究和探讨，包括目前航天飞行控制领域遇到的前沿问题及挑战及所遇到的问题、航天飞行器控制技术基础问题与关键技术、技术研究发展和未来航天飞行控制技术发展趋势。

关键词：航天飞行器;研究现状;未来发展趋势问题

引言

我国航天事业未来发展的核心和关键放在了运载火箭和空天飞行器领域。这类技术的前沿性、基础性以及综合性更强，因此也成为世界发达国家和科研工作者的高度重视。为此，在自由进入空间、增强空间利用和速度控制等技术方面，都具有不同程度的研究问题和探讨难点。相比较我国现阶段的航天技术发展而言，不管是研发机构还是航天研究工作者，都与国外还是具有一定的差距，但是我国已经高度重视，投入了相当大的人力、物力以及科研力量，继续向航天大国的路上迈进。

1 航天飞行器控制技术研究现状

1.1 航天飞行器控制领域前沿问题与挑战

我国目前已经在航天领域已经有一定地位。比如，在运载火箭方面研究出了14种不同型号的运载火箭，其功能具备了太阳同步轨道以及发射近地轨道等。经过高精度的发射，它的运载能力和入轨的精确度已经验证了处于世界的领先水平[1]。即便这样还是和发达国家的航天技术，存在比较大的差距。主要表现在运载火箭发生的故障问题，和问题应对方面存在较多不足。在火箭发射时会遇到一些较小问题，而这些问题由于不具备专业的诊断仪器和专业的预测能力，为系统故障问题做出解决办法，以及对故障后果做出精确预测，致使对火箭发射产生不良影响。

航天飞行器的控制系统相当于人体的神经系统，对于整个航天运载系统至关重要。为了提高运载火箭的安全性，对控制系统也提出了更高的要求。航天飞行器的控制系统主要受环境载荷以及故障诊断应对能力的影响。在环境载荷方面，在气流、大气和以及引力等方面，认识、了解尚不全面。导致环境载荷无法受到有效控制，所遇到的问题无法得到很好解决。在火箭结构强度上有所加强，但这对飞行器的运载能力和有效投送比方面产生不良影响。在故障诊断以及应对方面，现阶段的运载火箭面对非灾难性故障问题时，其制导控制系统的控制结构适应能力差，应变能力不足。

1.2 航天飞行器控制技术基础问题与关键技术

未来航天技术未来发展方向是自由进入空间、天地顺利往返以及完成空间作战方面的任务。因此，也对航天飛行器中的控制系统提出了更高的要求，因为航天飞行器造价高，构建复杂，一旦出现问题，影响较大[2]。

航天飞行器控制系统方面遇到的问题，包括，上升段最优在线控制技术、轨道返回与大气层高超声速多约束制导技术以及空天一体全速域复杂结构飞行器姿态控制的技术。在上升最优在线控制技术中，飞行器在飞行过程中可能会因为大气层内气动因素，造成飞行器在高空出现故障，而上升段最优技术满足自主、快熟规划、安全可靠进入太空的能力，可以将发生故障概率降到最低。其中制导控制回路可重构、在线故障识别与管理、自主制导控制技术的检验和验证、轨迹在线规划等关键技术都有运用到。

在轨道返回与大气层高超声速多约束制导技术的运用中，空中飞行环境极其复杂，空中飞行器在进行轨道返回时会经过三个过程，包括真空、稀薄和稠密。在这过程中，会有许多不可控制的因素，导致飞行过程受到不同程度影响。为了空中飞行器，能够在多种恶劣的先天条件下能够自主性解决问题，并有超强的适应能力。这也要求在制导系统和轨道返回系统做出深入研究。其中所用到的关键技术包括大范围横向机动与规避飞行制导、末端能量管理制倒以及天基离轨制动返回轨道规划与制倒。

1.3 航天飞行器控制技术研究进展

我国对航天技术非常重视，投入了大量研究。其中在上升段制导方面，早在上个世纪60年代，阿波罗计划中的土星系的火箭和航天飞机已经运用了闭环近似最优指导，只不过当时的科学技术不够发达，大气内最优制导算法问题得不到快速且有效的解决办法，所以一直用的是开环制导的方式。发达国家早在70年代就已经对大气层内闭路制导系统投入大量研究，主要目标是在保证了相同的有效荷载能力，还能在发射前期消耗最短时间、消耗最少人力，以及在较大轨迹偏离并且系统有性能复杂的情况下安全运行[4]。虽然在上升段最优制导方面有了很好的发展成果，但是实际上还没有运用到工程里面去。

二、对我国航天飞行控制技术发展趋势的思考

为了我国航天飞行控制技术成为市场化、产业化以及国际化，并且能够从容应对国际竞争压力，缩小我国航天运载系统与世界发达国家的航天运载技术的差距。为此，需要对航天飞行器控制技术进行深入研究，并且对未来发展中遇到的基础问题和关键技术进行详细的规划。首先，要研究新型的空间武器，未来的航天飞行控制技术需要具备高可靠性、高自主性、高自主能力以及低成本，可持续利用的性能。

在加强进入空间和空中飞行控制基础理论领域进行深入研究。美国已经在此领域取得了巨大成就，但是还是有许多需要改进的地方，进而对“先进制导控制技术”有了新的研究目标，让控制技术进入新的时代。我国也应当为此技术进行深入性研究，把国内的优势企业和专业性研发人才聚集起来，进行“飞行器先进制与控制专题”研讨会。我国现在所处的信息化时代，把遇到的飞行器控制、决策和管理一体化的应对问题，进行理论和解决方法上的研究。

在加强飞行器和环境相互作用上进行深入研究。飞行器通道间定量化研究稳定性差，导致了飞行器的稳定控制难度比较大，而飞行环境特别复杂，导致高超声速会对飞行造成影响。为此，要对飞行器与环境的相互影响做出深入研究。

在天地一致性问题上进行深入研究。传统的地面试验已经应对不了现阶段的超声速飞行，目前需要重视天地一致性的问题。为此，在技术方面，需要对高逼真度仿真实验进行多次、反复试验研究，最后进行问题评估。在国家方面，需要向具有先进航天技术的发达国家，学习科学的理论知识和问题解决办法，加强国家对基础能力建设，大力培养科技人才，

结束语

航天技术是一个国家综合国力的重要体现，对于航天技术我们需要用长远的眼光，为了我国未来航天技术的发展。需要认识到现阶段航天飞行技术的近况，以及对未来的发展趋势进行详细规划。

参考文献

[1]王静，杨杰，赵文斌.航天飞行器外防热复合材料发展概况[J].材料导报，2018，32（S2）：425-429.

[2]张绪虎，单群，陈永来，杜志惠.钛合金在航天飞行器上的应用和发展[J].中国材料进展，2011，30（06）：28-32+63.

[3]乐秀卫.航天飞行器用新材料的现状与发展趋势[J].上海有色金属，1995（02）：104-112.