长征五号运载火箭在线调姿规划方法

张 宇，黄 聪，李学锋，王 辉，刘 畅

（北京航天自动控制研究所，北京，100854）

0 引 言

长征五号运载火箭发射任务在星箭分离前有姿态调整要求，二级二次主动段结束后为末修调姿段，调姿段火箭将姿态旋转到卫星需要的姿态，以使卫星分离后太阳帆板展开即可朝向太阳，同时天线指向满足与地面通信的要求。传统火箭采用摄动制导方式，调姿段初始程序角和终端程序角均为弹道程序角，在发射前已经确定，飞行时采用转动固定角度完成调姿功能[1]。长征五号火箭二级二次主动段采用迭代制导控制方式，调姿起始时的程序角是不固定的，转动固定角度的调姿方案已无法满足要求，因此需要改用在线规划的调姿方案[2]。

为解决初始程序角未知、终端程序角已知情况下的火箭调姿问题，本文提出2种程序角在线规划方法：a）三通道程序角在线调姿规划。采用欧拉角描述姿态，分别对俯仰、偏航、滚动通道程序角进行在线实时规划。b）程序四元数在线调姿规划。采用四元数描述姿态，对程序四元数进行在线调姿规划，之后计算偏差四元数，并将其分解到箭体系进行控制。

1 三通道程序角在线调姿规划

使用欧拉角描述火箭姿态，三通道的初始姿态角为俯仰角0φ、偏航角0ψ、滚动角0γ，终端程序角为俯仰程序角φcx_end、偏航程序角ψcx_end、滚动程序角γcx_end，调姿起始时间0T，调姿结束时间1T。调姿过程中t时刻的程序角按照式（1）进行在线实时规划：

式中α为程序角，α＝φ,ψ,γ，其中，φ，ψ，γ分别为俯仰角、偏航角、滚动角；……