林美彤 骆鑫生
天津航天长征火箭制造有限公司，天津 300462
摘要：本文主要从故障发生系统、故障能量属性两方面入手，对运载火箭的故障模式进行了分类。同时，分析了解析制导技术、计算制导技术、智能制导技术这些常见的运载火箭制导自适应技术。在此基础上，以运载火箭制导自适应技术的应用建议为切入点，对运载火箭制导自适应技术的未来发展趋势进行了展望。
关键词：运载火箭；制导自适应技术；智能制导技术
引言：在运载火箭中，制导控制系统占据着重要地位，关系着运载火箭的飞行质量，且与信息技术的发展息息相关。其中，对于制导自适应技术主要实现了射前标称轨迹设计的效率提升，且可以在故障情况下还可以调整运载器的性能。基于此，对运载火箭的制导自适应技术展开分析与探究具有极高的现实价值。
一、运载火箭故障模式的主要类型分析
（一）依托故障发生系统完成分类
根据运载火箭的故障发生系统（即故障是否发生在制导控制系统的内部），运载火箭的故障情况可以划分成以下两种类型：
第一，运载火箭故障发生在制导控制系统内部，例如，某一路惯性器件的参数出现异常输出的情况等。第二，运载火箭故障发生在制导控制系统的外部，例如，由于增压输送系统或发动机异常所引发的推力下降等。
（二）依托故障能量属性完成分类
根据运载火箭故障能量属性，其故障情况可以划分为以下四种类型：
第一，非/微能能量故障，例如，制导系统在实际运行中需要使用的某一信息消失、存在错误或是信息不全等。第二，小型能量故障，例如，某一级整体推力出现小幅度下降，并降低至极限偏差以下等等。第三，中型能量故障，例如，某一级整体推力出现超出预期范围的大幅度下降等。第四，大型能量故障，例如，某一级推力出现完全丧失的问题；爆炸；某一级伺服机构发生完全卡死现象等。
二、运载火箭制导自适应技术的发展
（一）解析制导技术
在现役运载火箭的制导中，解析制导技术为普遍使用的一种制导技术。在早期的制导系统中，由于摄动制导技术的操作简单、计算量更小且制导效果较好，因此得到了广泛应用。经过长时间的发展，相应导引计算逐渐从视速度隐性导引制导转变为显式惯性机关量导引制导，但是，在适应大偏差的情况下，会出现精度大幅下降的现象。基于此，在用作自适应制导的过程中，必须要对传统地面任一诸元展开修正，并将在长时间偏差条件下的仿真校验在飞行期间转移至运载火箭上的计算机完成。
在迭代制导过程中，当最优入轨点与对标准目标点发生偏移的条件下，也需要完成目标轨道装订诸元的在线更新。总体来说，解析制导技术的发展是推动自适应制导技术未来更好发展的基础内容。
（二）计算制导技术
智能化是当前以及未来运载火箭发展的主流趋势，在硬件制造水平进一步提升的背景下，基于数值轨迹优化的大量计算制导方法的可行性进一步提高，为高效率、高精准度的轨迹优化计算方法形成与应用提供支持。现阶段，已经形成多种新型制导方法，包括直接法轨迹优化制导方法、基于数值间接法轨迹优化制导方法、混合法轨迹优化制导方法。
对于这些方法来说，其可以在具有复杂约束、故障识别等制导问题的处理中发挥出较高优势，且可以促进运载火箭自主自适应飞行性能的增强。例如，美国阿姆斯特朗飞行控制中心在设计火星探测器着陆段自适应制导律时，引入了凸优化方法，促使二阶锥问题的复杂程度下降，促使在多项式时间内完成求解成为现实，推动了计算制导技术的更好发展。
（三）智能制导技术
智能指导技术是当前与未来运载火箭制导的主流技术，其能够对相应运载火箭现有的地面、飞行数据信息进行整合分析，并结合人工智能算法形成指导规律。在此过程中，发挥出较大作用的智能化技术包括数据挖掘、神经网络等等。
从数据挖掘的角度来看，依托大数据处理技术，可以促使杂乱的、非结构化数据转变为规律的、结构化数据，为有价值数据的挖掘与提取提供有力支持，降低制导与控制参数优化设计的难度。从约束自适应的角度来看，依托对动力学方程中控制变量实施有限维数参数化，能够达到缩减算法搜索空间的效果，强化对信息的感知与辨识准确度，降低原本不确定问题的发生概率。从故障诊断的角度来看，可以在传感器、伺服机构等的设备的故障诊断过程中，引入概率神经网络，结合基于经验模态分解以及概率神经网络的算法完成故障诊断，以此达到提升故障诊断精准性、及时性的效果。从机动策略的角度来看，可以引入遗传算法以及人工免疫，在人工免疫系统的方法的支持下完成机动序列的选择，从而实现机动。实践中，由于使用了遗传算法以及免疫系统，两者的应用优势，如遗传算法的强求解能力、免疫系统的记忆保持能力，实现有机结合，能够在动态环境背景下形成高度合理的短期决策，完成短期目标。
三、运载火箭制导自适应技术的应用建议
（一）制导自适应相关理论模型与算法逐步成熟
对于运载火箭轨迹优化的自适应制导技术来说，其涵盖的专业领域相对较多，包括现代控制理论、空气动力学、飞行力学、非线性规划、仿真技术、数理统计等等。就当前的研究情况开看，在运载火箭等多种类型飞行器的轨迹优化理论研究方面，已然形成了大量的理论结果，相应学科理论日趋成熟。现阶段，在运载火箭等飞行器中成功引入自适应控制的案例相对常见，这些理论与实践方面的研究均为运载火箭自适应制导技术的后续研究与应用提供了理论与经验参考。
（二）火箭计算能力及其通信能力增强
现阶段，商用计算机作为运载火箭中计算机的成功案例增多，例如，美国SpacaX公司研发的Falcon系列火箭就使用商用计算机作为箭上计算机，且运行效果较好。随着商用计算机等电气产品的性能、配置不断优化升级，将商用电气产品应用于运载火箭内更加常见，其也是运载火箭电气系统的主流发展趋势。结合当前的国内外实践经验来看，商用级别的计算机可以满足运载火箭的飞行需求，为运载火箭自行完成在线轨迹规划以及制导计算提供支持。在遇到复杂故障或是高难度飞行任务的条件下，可以引入地面平行智能镜像系统所产生的决策，依托地面高速计算能力，完成运载火箭故障信息深度挖掘分析，形成科学合理的任务决策，并由地面向运载火箭上行发送相应的指令信息，最终实现对运载火箭的制导控制。
（三）智慧火箭与智能控制为主要发展趋势
2013年，习近平总书记在接见天宫一号与神舟十号载人飞行任务参研参试单位代表时强调，要持续发展航天事业，建设航天强国，“是我们不懈追求的航天梦”。同时，国外航天运载器事业迅速发展。在这样内外形势的共同作用下，强化运载火箭事业发展，推动运载火箭制导技术升级是必然选择。现阶段，智能技术迅速发展，推动着智慧火箭、智能控制成为运载火箭当前与未来发展的主流趋势。而对于制导自适应技术来说，其以软性因素为主导，因此有条件作为实现智慧火箭、智慧控制实践的“先行者”。
总结：综上所述，经过多年的研究与发展，解析制导技术、计算制导技术、智能制导技术得到逐步完善，且在运载火箭自适应制导控制中得到广泛应用，实现了对自适应制导技术的扩充。在当前与未来的发展中，制导自适应相关理论模型与算法逐步成熟，火箭计算能力及其通信能力增强，且智慧火箭与智能控制成为运载火箭制导自适应技术的主要发展趋势。