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控制系统为“嫦娥”导航

2013年12月05日00:00    来源:人民网-科技频道    手机看新闻

制导与控制系统是运载火箭的大脑与神经中枢,承担着实现运载火箭飞行轨迹、姿态以及轨道精确控制的功能,保证运载火箭沿预定的轨道稳定飞行,确保航天运输器将卫星、飞船、空间探测器等飞行器准确送入预定轨道,降落在指定的位置。在嫦娥三号探月任务中,中国航天科技集团公司的中国运载火箭技术研究院担负着运载火箭整个控制系统的研制工作,包括制导系统、姿控系统、箭上综合、地面测发控系统四大系统设计,以及飞行软件、测发控软件编制与验证,仿真试验、综合试验等大型试验。

双激光惯组+卫星导航复合制导,让嫦娥精准入轨

嫦娥三号探测器要求火箭将其直接送入远地点高度38万km的地月转移轨道,这与以往发射通信卫星的远地点高度3.6万km的地球同步转移轨道差别巨大,而且嫦娥三号任务精度要求较嫦娥二号有较大提高,若采用现有的全惯性制导方案,其理论入轨精度不能满足嫦娥三号的入轨精度要求。因此,控制系统制导设计团队决定采用新的复合制导方案。

复合制导的方法有很多种,每一种都有它的优点和适用范围。但是探月工程不容有失,而且一旦复合制导方案实现后,将在后续的CZ-3A系列火箭任务中广泛应用,所以方案不仅要能大幅度提高入轨精度,还需要具有较强的抗干扰能力。通过对飞行轨道的特点和复合制导的方法反复分析,制导设计团队提出了不同飞行段使用不同复合制导方法的接力式控制方案,最终确定了双激光惯组+卫星导航的复合制导技术方案。这样不仅可以将每种方法的优点在其较好使用条件下发挥出来,还能在其他系统或设备出问题的干扰情况下,进行相互弥补,从而扩大适用范围,进一步确保了任务的顺利完成。

目前,双激光惯组+卫星导航的复合制导技术已经在两发长三甲系列火箭中得到试验验证,入轨精度大幅度提高,完全满足了工程总体提出的探测器入轨精度要求。

多窗口发射技术,让嫦娥如期奔月

为了确保嫦娥三号的如期发射,任务提出了连续三天每天两个总共六个发射窗口的需求。所谓的发射窗口就是能够确保把火箭发射到预定轨道的时间宽度,也就是说在嫦娥三号任务中,需要控制系统在提前设定的六个时间段的任何一个内都能实现火箭的飞行控制功能。这在任何一次发射任务中都是没有先例的。

CZ-3A系列运载火箭在设计初期的目标是实现每天一个发射窗口的飞行控制功能,所以在原有的系统设计中未针对“多窗口”发射要求进行系统设计。摆在控制系统设计团队面前的似乎只有一条路,就是重新设计飞行时序控制线路。但这个方法周期长、风险大、而且在正式任务执行前无飞行验证环境,对整个工程依照时间节点顺利开展风险巨大。

就在团队为研制风险和周期进度而头疼不已的时候,细心的设计人员发现了另外一个解决问题的办法。原来在现有的飞行时序控制线路中有一个专用于地面测试使用的程序模块和选通开关,平时只用于地面测试,不参与正式飞行控制。系统可以通过修改控制逻辑,通过借用现有的地面测试程序模块和选通开关,将2条飞行时序同时装订在设备中,在射前通过选通开关发出切换指令,实现由飞行时序1到飞行时序2的切换。这样既在最大程度上保证了系统硬件及拓扑结构的完整性和继承性,又能够实现1天内连续2个发射窗口以及快速切换的要求,同时也能够极大的缩短研制周期,控制研制风险,从而确保嫦娥三号任务如期执行。

控制系统设计团队不属于聚光灯的中心,但他们严谨踏实、默默工作,用自己的聪明才智为嫦娥三号的完美奔月精确导航。现在,CZ-3B运载火箭已整装待发,准备将“嫦娥三号”卫星送上太空,当“嫦娥三号”奔向月球那壮美的一刻,当中国人千年梦想成真的那一刻,这些曾为它呕心沥血的航天人,又将开始新的征程。(赵新)

(责编:实习生王檬、马丽)

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