新一代大型运载火箭多约束起飞漂移量控制研究

张 宇，王 辉，黄 聪，李学锋，刘敏劼

（北京航天自动控制研究所，北京，100854）

0 引 言

国外运载火箭发射时多采用牵制释放方式，发射装置集支撑、牵制、释放功能于一身，能够在火箭点火正常后才将其释放起飞[1]。而中国现役火箭均使用非牵制释放发射方式，火箭通过支撑点竖立在发射台上，点火后当发动机推力大于重力时火箭起飞。中国传统火箭一般芯级直径为3.35 m，助推器直径为2.25 m，通过芯级尾段的4 个支撑点竖立在发射台上；而长征五号火箭直径与质量均大幅增加，芯级直径达到5 m，助推器直径为3.35 m，原有的芯级4 点支撑方式已不能适用，改为助推器12 点支撑。其中，离发动机喷管最近的支点距离只有18 cm，同时火箭周向还存在液氧服务塔、液氢服务塔、脐带塔、固定塔等多点约束，增加了对滚动角偏差的要求，起飞漂移控制要求更加严格，加大了控制系统起飞段漂移量的控制难度。

1 起飞漂移量定义

火箭起飞漂移量是指沿发射坐标系、起飞段内火箭特征位置相对于标准弹道横、法向偏移量。以火箭Z向起飞漂移量为例，其几何关系如图1 所示。

图1 运载火箭起飞漂移量几何关系Fig.1 Geometric Relationship Diagram of Launch Vehicle Take Off Drift

火箭垂直起飞段的漂移所蕴藏的风险巨大，可能会带来灾难性的后果[2]。起飞漂移量是运载火箭的关键性能指标之一，关系到运载火箭发射安全性[3]。

2 起飞段主动抗漂移控制

2.1 长征五号火箭起飞段多约束

传统火箭多采用芯级4 点支撑方式，而长征五号火箭采用助推器12 点支撑，每个助推器3 个支撑点，4 个助推器共12 个支点，芯级没有支点，支撑方式与传统火箭截然不同，支点示意如图2 所示。……