空天飞行器返回滑翔段在线制导方法

周宏宇，王小刚，赵亚丽，崔乃刚

(1.哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001；2.北京航天晨信科技有限公司，北京 102308)

0 引 言

随着航天技术的快速发展和航天活动的多元化与频繁化，航天发射的经济性和灵活性愈发重要；在此背景下，可完全重复使用的空天往返飞行器应运而生。不同于运载火箭和航天飞机，空天飞行器采用多种动力模式入轨，上下两级均有自主返回能力，在灵活性和经济性上更具优势，已成为各航天强国的研究热点[1-4]。美国近年来完成了多次空天飞行器相关试验[5-6]，印度于2016年完成了可重复使用验证机首飞[7]，日本也于2019年制定了新一代空天飞行器研制计划。

返回滑翔段是空天飞行器实现可重复使用的关键阶段。由于再入速度高、滑翔距离远，为实现安全返回，必须满足热环境、过载和拟平衡滑翔以及攻角和倾侧角等控制约束[8]；同时还要满足高度、速度、倾角、位置和航向等终端约束，从而顺利过渡至末端能量管理段。此外，考虑初始返回状态的不确定性和诸多干扰因素的影响，必须对滑翔段轨迹进行在线制导修正。

目前可用于空天飞行器返回滑翔段的制导方法包括标称轨迹法[9-11]、预测校正法[12-14]以及在线优化法[15-16]等。其中文献[9]给出了一种较为典型的标称轨迹法，该方法事先设定攻角剖面并在飞行走廊中迭代倾侧角，然后使用PID控制器跟踪标称攻角及倾侧角指令。预测校正法通过在线求解终端状态修正飞行指令，无需轨迹跟踪器，抗干扰性更强。……