迭代制导：实现智能化操作本报记者李冠礁黄希

【出版日期】2011.11.02

【版次】第2版(专题报道)

【入库时间】20120210

【全文】

如何才能完美托举神舟八号飞船精确入轨，使之与“天宫一号”“亲密接触”，火箭的控制系统发生了什么变化？带着这些问题，记者采访了长征二号F火箭副总设计师宋征宇。

给火箭置换全新“大脑”

“任何一发火箭在点火升空之后之所以能够按照预定轨迹飞行，并且最终能够精确地将目标送入预定轨道，主要是靠火箭的控制系统来完成整个过程。因此，如果将发动机比喻为火箭的‘心脏’，那控制系统则起着类似人体‘神经中枢’的作用。”宋征宇的一番话首先道出了火箭控制系统的重要性。

据宋征宇介绍，此发长征二号F火箭的控制系统是个全新的系统，使用的方案、原理、具体设备、软硬件等方面都与发射“神七”的“长二F”发生了很大变化。

在控制系统所发生的这些变化中，制导方式首次由原来的摄动制导改为迭代制导无疑是其中的亮点。

据宋征宇介绍，摄动制导主要指火箭按照标准弹道飞行。而迭代制导则是随着现代计算机技术和最优控制理论发展而出现的一种自适应制导技术，是根据火箭当前的速度、位置以及预估的入轨点，不断调整自己的飞行轨迹。

宋征宇说，飞机飞行时，受气流因素的影响，飞机航行时发生颠簸偏离航道是正常情况。而对于火箭而言，受大气、结构设计、发动机等因素的干扰，火箭在飞行中也很难做到完全按照预定的轨迹飞行，这就需要火箭在飞行中不断修正轨道，从而最大程度地保证入轨点的精度。

“打个比方说，家住五环路，工作单位在三环路。摄动制导给你规定好了具体路径，而迭代制导只是告诉你目的地，并不限制具体路径。”宋征宇借用长征二号火箭总设计师荆木春话这样比喻说。

入轨精度提高一个量级

宋征宇表示，由于载人航天工程二期要进行交会对接任务，对神舟八号飞船来讲，就要求其精确入轨，以便能顺利和“天宫一号”在太空胜利会师。这样，原有的制导方法难以满足入轨精度要求，只能采用更为先进的迭代制导技术了。

“如果把‘天宫一号’和‘神舟八号’的交会对接看成是一场接力比赛，运动员沿着直线追上被对接的队员，显然比绕着追赶更加省力。对运动中的个体而言，横向机动很困难。神舟八号飞船和天宫一号目标飞行器对接时，必须确保‘神八’与‘天宫’在一个轨道面。”宋征宇形象地给记者举例道。

据了解，采用迭代制导方式后，火箭将实现一边飞行一边计算最适合当前状态的入轨点，同时设计飞行轨迹，并控制火箭按照设计的轨迹飞行，这样能够最大程度保证火箭的入轨精度，尤其是轨道面的精度，从而实现火箭入轨的智能化控制。

宋征宇告诉记者，采取迭代制导后，火箭每0.02秒就要做一次入轨点预计和轨道修正，计算量比传统制导方式增加了30多倍。

“这样，火箭不仅入轨精度提高了一个量级，而且能有利于调整飞船入轨工作，从而节省了燃料、提升了运载能力，可以搭载更多的有效载荷来进行相关的科学实验，延长使用寿命。”宋征宇进一步阐述了采用迭代制导技术的优点。

“此次迭代制导大概在火箭点火350秒后发挥作用，让火箭在飞行的过程中实时做出轨道修正，确保‘神舟八号’精确进入轨道。”宋征宇补充道。

从理论转化为工程应用

确定了制导方案，还要有相应配套的制导工具。长二F火箭用两个惯性测量组合来代替了气浮陀螺平台。这样一来，火箭不仅增加了几十公斤的运载能力，更为重要的是惯组适应火箭在俯仰偏航方向上的机动。而此前在采用平台的情况下，只能在俯仰方向上进行程序飞行，在偏航方向受到了很大限制。

然而，迭代制导纵有千般好，但将迭代制导真正运用到控制系统中却并非易事。

“虽然迭代制导理论是成熟的，但从理论转化为工程应用的过程却十分复杂。我们要确保选取的参数涵盖火箭在飞行过程中可能出现的各种情况，保证算法收敛；当发生意外情况时，还要确保火箭的安全性。”宋征宇讲述了采取迭代制导技术的难点。

然而，以载人航天精神“四个特别”著称的中国航天人是不会因为这点困难而退缩的。

宋征宇说，为了能够验证算法，火箭研制团队采取了大量的质量保证措施，并请很多同行专家进行独立复合复算，对方程、模型、计算结果进行深入检验，确保控制算法的正确性。