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比10环还多0.8环!总设计师揭开“新飞船”高精度返回奥秘

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发表于 2020-5-13 10:16:12 | 显示全部楼层 |阅读模式


5 月 8 日 13 时 49 分,我国新一代载人飞船试验船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆。鲜为人知的是,它的落点精度再创新高,相比以往神舟飞船提高了一个数量级。中国载人航天工程飞船系统总设计师张柏楠表示,返回舱的落点精度 " 超出了我们的预期,10.8 环 "。


为什么能比 10 环还多 0.8 环?记者从中国航天科技集团五院了解到,除了导航精准,新飞船上还装备了一项异于国内外其他方法的独创技术——全数字全系数自适应预测校正制导。
据该技术主要发明人、五院 502 所的载人飞船系统副总设计师胡军介绍,该方法具有智能化特点,相比传统技术更加灵活,能应对更加复杂的情况,同时控制更平稳、精度也更高。" 利用该方法,能够实时预报返回舱飞到终点时的误差,根据这个误差再去调整飞行轨迹,直到飞抵目标点。" 胡军说。
或许有人以为飞船返回舱的落点精度主要取决于降落伞,其实不然。飞船使用的降落伞属 " 无控伞 ",会随风漂移。决定落点精度的,其实是 " 开伞点 ",也就是降落伞打开时返回舱所处的空间位置,这正是自适应预测校正制导技术所管辖 " 路段 " 的终点。飞船返回前,技术人员会根据气象部门预测的风速、风向,计算飞船伞降过程中的漂移距离和方向,由此对理论开伞点进行调整,让飞船的落点尽量准确。而自适应预测校正制导技术,则是在一路风驰电掣和电光火石中,支持制导导航与控制系统 " 驾驶 " 飞船飞向最后算出的开伞点。
这个过程难度很大。首先是飞行过程中偏差多、偏差大,包括返回舱的初始位置、速度、姿态偏差,气动力系数、发动机推力、返回舱质量等动力学和控制偏差,以及大气密度等环境偏差。
其次是有效控制时间很短。新飞船返回舱的速度从每秒 9 公里降到每秒 150 米,高度从 120 公里降到大约 8 公里的开伞点,只有 350 秒时间,而且其过程中动力学复杂。
此外返回舱的构型也决定了其控制能力有限。由于气动升力大小不能调整,返回过程中只能利用返回舱往不同方向倾斜,来调整气动升力的指向,以此控制返回舱的纵向航程和横向航程。
这不是该技术首次亮相。2014 年我国嫦娥五号飞行试验器开展月地返回跳跃式再入试验时,正是借助该技术的应用,创造了迄今为止国际上飞船外形航天器再入返回的最高开伞点精度。连续成功的工程实践,验证了该技术的理论先进性、工程实用性以及不同任务要求下的适应性。
记者了解到,全数字全系数自适应预测校正制导技术,是胡军团队三代航天人历经 20 余年,将理论研究和工程实践相结合的成果。该成果在世界上首次打通了预测制导和控制之间的隔阂,大大简化和降低了预测制导的应用门槛,无论在控制理论的发展还是在提升工程应用水平方面都具有典型意义,是对世界航天控制领域的一大贡献。
目前 502 所已对该技术开展了进一步理论分析和多种案例深入研究,结果表明该技术不仅适用于月地返回跳跃式再入、地球轨道直接再入,还可应用于火星进入与火星大气捕获、大升力体初始再入、末端能量管理、水平进场着陆等。该所将持续开展有关技术研究,使其应用向智能自主方向深入迈进。
栏目主编:秦红 本文作者:科技日报记者 付毅飞 文字编辑:李林蔚 题图来源:新华社 图片编辑:邵竞

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