问题:可重复使用运载火箭要实现“飞得上去、回得来、落得准”,返回段制导控制是决定任务可靠性与复用成本的核心环节之一。
与传统一次性运载方式相比,重复使用对返回再入阶段的轨迹规划、实时修正、终端落点与姿态控制提出更高要求,尤其在跨速域、大空域、强扰动的再入环境下,如何在箭载计算资源受限的条件中实现实时闭环制导,是工程化落地的关键难题。
原因:再入返回过程中气动特性强非线性、外界扰动与模型偏差并存,且末端需同时满足位置、姿态与速度等多约束耦合要求。
另一方面,箭上计算与存储资源有限,无法简单照搬地面高算力条件下的优化方法;若仅依赖预先规划的开环轨迹,也难以应对风场变化、执行机构误差等不确定因素,容易导致落点偏差放大,影响回收安全与复用效率。
因此,发展能够边飞边算、滚动更新的在线轨迹优化闭环制导技术,成为可重复使用运载火箭必须跨越的门槛。
影响:据试验信息,1月12日16时,“力鸿”一号遥一火箭按计划升空,跨越“卡门线”后到达约120公里弹道最高点并开始无动力返回。
自返回至距地面约70公里起,由中山大学研制的“慎思”二号D箭载制导计算机执行在线轨迹优化返回制导程序,在复杂偏差与干扰条件下,实现助推器高精度定点、定姿落地。
此次试验返回段采用无动力方式,重点验证在线轨迹优化制导方法与栅格舵气动控制方案在跨速域再入条件下的工程可行性、任务适应性与飞行可靠性。
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。
试验成功意味着相关技术从理论与地面验证迈向飞行闭环验证,为后续全流程返回、规模化复用奠定了关键数据与工程经验基础。
对策:实现可重复使用不仅是单点技术突破,更需要系统工程协同。
一是坚持关键系统国产化与可控供应链建设。
此次“慎思”二号D系统采用全国产元器件,基于国产DSP处理器,表明在关键计算平台、软硬件集成方面具备自主化工程路径,有利于提升任务可靠性与迭代速度。
二是以算法工程化为抓手,推进“能算、算得快、算得准”。
团队将在线轨迹优化算法部署到箭上,实现滚动时域优化计算,并在保证优化精度前提下满足高动态飞行实时制导需求,体现了从“算法可行”到“工程可用”的跨越。
三是强化校企协同与有组织科研。
项目组织中,多名学生参与型号工程实践,围绕算法研制、箭机适配、系统仿真与多轮地面试验形成闭环,有助于缩短技术从实验室到工程应用的周期,并培养面向重大任务的复合型人才队伍。
前景:面向航天运输体系升级,可重复使用运载火箭是提升发射频次、降低发射成本的重要方向。
业内普遍认为,返回制导与控制、着陆与结构复用、快速检测维护等是决定“复用经济性”的关键因素。
本次百公里级在线轨迹优化闭环制导飞行验证,为我国在再入返回实时制导领域积累了可复现实证。
下一阶段仍需在更接近实际任务的飞行剖面与动力形式下,推进全流程返回制导关键技术验证,完善与发动机再点火、着陆缓冲、回收区安全保障等系统的耦合设计。
同时,相关在线优化算法经进一步改造后,有望适配多类运载火箭与试验飞行器,在多任务场景中提升任务适应性与可靠性,为实现更高频次、更低成本的进入空间能力提供技术储备。
可重复使用运载火箭技术代表着航天领域的发展方向,本次试验的成功不仅标志着我国在该领域迈出坚实步伐,更彰显了产学研协同创新的强大活力。
从校训中汲取灵感,在实践中攻坚克难,新一代航天科技工作者正以实际行动书写着中国航天事业的新篇章。
面向未来,随着关键技术的持续突破和系统能力的不断提升,我国航天事业必将在建设航天强国的征程中取得更大成就。