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与陆地交通不同,运载火箭的飞行只有规划的路线,没有实际的道路,这使得火箭无法像汽车一样按照既定的道路行驶至目的地,需要通过精确地飞行才能准确到达目的地。同时,至少数百千米的飞行使得火箭难免偏离预定路径,火箭飞偏了怎么办?

首先,我们来了解关于运载火箭路径规划的一些事情。在火箭起飞之前,地面根据入轨点规划好飞行弹道,这就是火箭的入轨路径。如果要实现精准入轨,起始点(发射点)的位置一定要精准,这就依靠发射场瞄准系统提供极为精确的瞄准数据。发射场的瞄准分为粗瞄和精瞄两个阶段,发射前5小时会确定最后的精瞄数据,然后与弹道等数据一起装订进飞行控制系统计算机,指导火箭执行发射任务,火箭据此飞行便可以到达入轨点[1]。当然,火箭按照预定路线精确入轨是理想状态,万一飞偏了还要准备应对之策。

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我国老一代运载火箭采用的是摄动制导技术,火箭发射过程中如果遇到飞偏的情况,往往采用比较保守的做法,就是让火箭重新回到设计的飞行路线。这种做法还算比较稳,但是如果偏移得较多,会过分消耗火箭的推进剂,会折损火箭的运力,甚至会危及火箭最终将载荷送入预定轨道。

针对老一代火箭相对保守的飞行控制,新一代运载火箭做出了更智能的设计,采用了迭代制导技术。以“长征六号”为例,当火箭飞行出现偏离,箭上控制系统会根据测量数据和设计入轨点重新计算出最优弹道,最终实现火箭精准入轨,这样做可以提升火箭的飞行效率。事实上,火箭发展到当前阶段,已经比很多人想象中要聪明。

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根据当前的技术发展,火箭智能化是必然趋势。到2035年,我国计划实现“航天+智能”,通过智能技术赋能,全面实现设计、生产、试验、发射、飞行与评估智能化,具备感知、学习和环境自主适应能力,研制出高效、适应性强的智慧运载火箭。火箭实现包括飞行控制在内的智能化,意味着飞行路径重新规划只是一项小技能,届时火箭将能够进行很多花式飞行,比如多发并联的状态,其中少数发动机失去推力依然可能通过智能调整适应实现载荷入轨。

中国运载火箭实现智能化以后,部分飞行控制问题将会成为可以随机应变的小问题,中国航天将迎来一个新的技术时代!

作者:大白高国

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参考资料

[1]部分引自中国运载火箭官方发布
https://mp.weixin.qq.com/s/FyDPPU1KAV3xM2Z9qdT0bg