我国可重复使用运载火箭技术取得重大突破 百公里级在线轨迹优化制导试验成功

(问题)可重复使用运载火箭被视为降低进入空间成本、提升发射频次与产业效率的重要路径,而其核心难题之一在于返回段的高可靠制导与控制。

与传统一次性火箭相比,助推器返回过程要经历跨速域、大空域飞行环境,气动特性强非线性、外界扰动更复杂,终端既要满足位置精度,还要满足姿态与速度等多约束耦合要求;同时,箭载计算资源受限,要求制导算法既“算得准”也要“算得快”。

这些因素叠加,使得在线轨迹优化闭环制导在工程上长期面临验证门槛。

(原因)面向上述挑战,此次试验将工程可行性验证聚焦于“再入返回条件下在线优化+气动控制”的闭环能力:一是返回段采用无动力方式,更能检验制导与控制策略对能量管理、路径选择与误差收敛的综合能力;二是将在线轨迹优化算法部署到箭载计算机上运行,在真实飞行偏差与干扰条件下进行滚动时域优化计算,验证其在高动态环境中的实时性与稳定性;三是采用栅格舵气动控制方案,重点考察其在复杂气动条件下与制导指令的匹配程度与可靠性。

试验中,“力鸿”一号遥一火箭按计划升空,越过“卡门线”后到达约120公里弹道最高点并开始无动力返回;在返回至距地面约70公里时,由中山大学自主研制的“慎思”二号D(SS-2D)箭载制导计算机执行在线轨迹优化返回制导程序,最终实现助推器高精度定点、定姿落地。

公开资料显示,这是国内首次百公里级高度剖面在线轨迹优化闭环制导飞行试验。

(影响)此次验证的意义,既体现在“首次”突破,更体现在对关键技术链条的补齐与示范效应。

一方面,在线轨迹优化闭环制导的成功飞行验证,为可重复使用运载火箭返回段制导技术提供了可复用的工程经验与数据支撑,有助于后续在更复杂任务剖面下开展迭代优化。

另一方面,“慎思”二号D系统100%采用全国产元器件,并集成自主研发的在线轨迹优化算法,体现出在关键环节增强自主可控能力的努力,有助于提升工程系统的供应链韧性与长期可持续性。

再从产业视角看,可重复使用技术一旦形成稳定的工程化能力,将对发射成本、发射周期与发射服务供给产生结构性影响,为商业航天与空间基础设施建设提供更具弹性的能力支撑。

(对策)推进可重复使用运载火箭技术从“验证成功”走向“常态可靠”,需要在标准化、系统化与协同化上下更大功夫。

其一,继续扩大试验覆盖边界,围绕不同再入条件、不同任务约束与不同偏差场景开展分层分级试验,形成可量化的可靠性评估体系。

其二,强化算法、软件与硬件的联合设计,在保持优化精度的同时进一步降低计算开销与时延波动,提升对极端扰动与突发异常的鲁棒性。

其三,完善从仿真到地面试验再到飞行试验的闭环工程流程,建立统一的模型管理与数据回溯机制,使每一次飞行数据都能转化为可复用的工程资产。

其四,深化校企产学研融合,在型号研制、人才培养和工程组织方式上持续探索,推动“有组织科研”更精准对接国家重大需求。

报道显示,项目中多名学生担任型号工程师,围绕轨迹优化、计算制导、箭载嵌入式系统与系统仿真等环节开展攻关,积累了数十次系统级地面试验验证,这种面向工程问题的育人机制,有助于培养既懂理论又懂工程的复合型人才。

(前景)从技术演进趋势看,在线轨迹优化与闭环制导将更加面向任务多样化与平台通用化。

团队表示,在进一步改造后,相关算法有望适配多类运载火箭和试验飞行器,这意味着未来可在不同构型、不同返回方式以及不同落区条件下推广应用。

随着关键环节持续突破,可重复使用运载火箭将更接近航班化运行目标,为低成本进入空间提供基础能力,也将带动相关材料、控制、计算平台与试验验证体系的升级。

更重要的是,在国际航天竞争与产业变革加速背景下,关键技术的系统化突破与工程化落地,将为我国航天高质量发展注入更强动能。

从"慎思"二号D的成功飞行可以看出,我国航天科技自主创新的步伐正在加快。

这次试验的成功不仅是一次技术验证,更是一次制度创新的实践。

通过有组织科研、校企深度融合,我们将更多的科研人才、科研资源集聚到关键领域,形成了"产学研用"紧密结合的创新生态。

展望未来,随着可重复使用运载火箭技术的不断成熟,我国有望在航天运输领域实现从跟跑到领跑的转变,为人类探索宇宙、开发空间资源做出更大贡献。