[科普中国]-航天入轨制导

历史发展

二十世纪六七十年代的阿波罗登月计划，使美国成为迄今为止唯一成功实施载人登月的国家。近些年，美国又提出建立月球基地的计划，准备重返月球。载人登月成为现阶段各国抢占深空探测的战略制高点。

登月舱上升入轨段是继软着陆过程之后又一重要阶段，可以近似认为是软着陆动力下降段的逆过程。在确保安全性的前提下，登月舱如何保证控制精度并节省燃料是重点关注的问题。国内外都已经有大量文献对软着陆动力下降段进行了研究，而研究登月舱上升入轨段的且集中在对上升轨迹的优化，缺少对入轨精度和可靠性等影响因素进行较细致的分析。就国内而言，利用极大值原理得到航天器在月面返回上升段发动机推力方向的燃料最优开环控制律，但是没有指出初始位置与目标轨道的关系等载人登月需要考虑的一些实际问题2。

制导方式宇航器的准确入轨，要求在轨道测量数据与控制参数之间建立准确的数量转移关系。这关系，随着宇航要求的提高，日益多样化了。软制导入轨时要求宇航器的有效负载与目标相遇的相对速度为零，硬制导则不必。同时还需研究如何在弹上对上述数量转移关系中的制导系数实现自动选择。这将增加宇航器本身选择目标的机动性以及某些控制过程的自动化程度。例如，以卫星轨道形式运行于空间的宇航器，自动地准确地选择地面落点，等等。

通常，为了制导的简易可行以及最佳化的目的，控制作用分成为程序控制部分与提高精度的控制部分(称这部分为控制规律)，这种分类在系统综合设计中体现为同样的两个步骤。采用这一思想，所不同的是把精度控制中的一部分内容拿出来，移置到程序控制中去。粗略地说，程序控制是不考虑干扰因素时的控制规律，而提高精度控制则要考虑。刚说的“移置”，就是指把制导方程的具体形式的确立，放到弹上去完成，而不是在地面先定好。这样，在新的意义上，包含这部分内容的程序控制也就不能说没有考虑干扰因素了1。

应用前景对于载人登月舱从月球表面上升入轨的问题，显式制导与基于极大值原理的燃料最优制导的燃料消耗相当，并且能抑制较大的干扰，保证入轨精度。此外，显式制导还可以灵活应用于异面入轨问题。因此，在综合考虑载人登月任务中各种影响因素后，显式制导作为一种燃料次优的闭环制导策略，具有很大的实用价值。随着我国嫦娥计划的逐步开展和未来载人登月计划的进一步方案论证，显式制导会有广阔的应用前景2。