围绕提升进入空间的经济性与发射频次、降低单次任务成本与保障可靠性,可重复使用运载火箭已成为全球航天技术竞争的重要方向。
其中,返回段制导控制能力直接决定助推器是否“回得来、落得准、用得上”,是实现重复使用从概念走向工程化的关键门槛之一。
如何在跨速域、大空域再入环境下,面对大气扰动、初始偏差、模型不确定性等因素仍保持稳定、精准的落点控制,是行业长期攻关的核心问题。
此次试验由中山大学与中科宇航联合实施,在酒泉卫星发射基地按计划组织完成。
按公开信息,当日“力鸿”一号遥一飞行器升空后跨越“卡门线”,在到达约120公里弹道最高点后进入无动力返回阶段;当飞行器返回至距地面约70公里开始,由中山大学自主研制的“慎思”二号D(SS-2D)箭载制导计算机接管执行在线轨迹优化返回制导程序,在复杂偏差和干扰条件下实现助推器高精度定点、定姿落地。
返回段采用无动力工作方式,重点检验在线轨迹优化制导方法与栅格舵气动控制方案在再入条件下的工程可行性、任务适应性与飞行可靠性。
据介绍,这也是国内首次在百公里级高度剖面开展在线轨迹优化闭环制导飞行试验。
从原因看,选择以无动力返回方式开展验证,符合工程试验“先验证关键、再扩展全程”的技术路径。
一方面,无动力段能够集中暴露再入过程中气动变化剧烈、控制裕度收缩、测量与模型误差叠加等典型难题,有利于检验算法与控制方案的鲁棒性;另一方面,通过在百公里级剖面上进行闭环在线优化,可以验证制导系统在高动态条件下的实时性与稳定性,为后续引入动力回收、实施更复杂的返回任务打下基础。
试验所用“慎思”二号D系统采用100%全国产元器件,并集成自主研发的在线轨迹优化算法,体现出在关键系统国产化与自主可控方面的持续推进。
从影响看,此次试验的意义不仅在于一次单点突破,更在于为可重复使用运载火箭的工程迭代提供了可验证、可复用的技术证据链。
在线轨迹优化能够在飞行过程中根据状态实时调整最优轨迹,对抗外界扰动与初始偏差,提高落点精度与安全裕度;与之配套的气动控制方案,则为跨速域再入阶段的姿态与轨迹控制提供了工程实现路径。
试验结果显示,在保证优化精度前提下,算法满足高动态条件下的实时制导需求,并具备进一步改造后适配多型运载火箭和试验飞行器的潜力。
这意味着相关技术未来有望从单一试验场景走向更广泛的任务体系,为提升我国运载器的复用能力、推进航天运输体系降本增效提供关键支撑。
从对策看,要把阶段性成果转化为可持续的工程能力,仍需在“全流程、全要素、全寿命”上接续攻坚。
首先,应在更贴近真实回收任务的剖面与动力形式下,逐步覆盖返回全流程关键环节验证,形成从分段验证到系统验证的完整闭环。
其次,应进一步强化对复杂气动环境、结构热载荷、传感与导航误差、执行机构非线性等因素的耦合建模与地面仿真,以更高保真度的试验体系支撑算法迭代与可靠性增长。
再次,应围绕工程可用性完善地面保障与复用维护方案,推动“可落地”走向“可复飞”,并通过多次重复试验积累数据,建立评估标准与风险管控流程。
相关团队负责人也表示,此次成功是返回制导探索中的里程碑节点,但飞行剖面与动力形式尚不足以完成火箭返回全流程关键技术的充分验证,仍需持续推进。
从前景判断看,可重复使用技术的成熟度取决于一系列关键能力协同提升:精准制导与控制、可靠的结构与热防护、可复用发动机与快速周转保障,以及面向高频次任务的体系化运营。
此次百公里级在线轨迹优化闭环制导试验的完成,标志着我国在返回段自主制导能力、关键系统国产化以及工程化验证方面迈出坚实一步。
随着后续试验在更复杂条件、更真实任务剖面下展开,相关技术有望加速向多任务、规模化应用拓展,为我国航天运输向“航班化、低成本、快速响应”方向演进提供重要支点。
可重复使用运载火箭代表了航天运输技术的发展方向,其返回制导技术是实现这一目标的关键。
中山大学与中科宇航此次试验的成功,不仅验证了我国在这一领域的技术能力,更重要的是为后续的技术攻关积累了宝贵经验。
虽然从试验验证到工程应用还有较长的路要走,但这次突破充分表明,通过坚持自主创新、加强产学研结合,我国完全有能力在可重复使用火箭等战略性航天技术领域实现突破,为建设航天强国做出更大贡献。