利用视加速度补偿和推力逐级释放的垂直着陆制导方法*

周 鼎，陈韦贤，邱 伟

(上海宇航系统工程研究所·上海·201109)

0 引 言

着陆段是运载火箭子级垂直返回的最后阶段，也是回收过程中技术难度较大的部分。子级在动力学特性和飞行环境高动态变化、强扰动和大参数不确定的情况下，需要以有限的控制能力实现大范围减速，并且满足复杂的位姿状态约束及狭窄的终端硬约束，这对制导和控制提出了很高的要求。经典的离线标称轨迹设计结合跟踪制导律的方法呈现出在适应性方面的不足，而广泛应用于月面和行星着陆的多项式制导又无法处理推力大小及与方向相关的约束，因此，利用当前更新的飞行状态开展在线轨迹规划进而实施跟踪制导的方法已成为现在的研究重点之一。

随着硬件平台计算能力的不断提升，利用迭代优化的计算制导已成为近年来有希望突破瓶颈的技术途径，其中快速发展的研究热点是基于凸优化的在线轨迹规划方法。加州理工大学JPL实验室和Acikmese教授团队基于火星动力学下降任务在凸优化理论推广及工程化方面取得了无损凸化、定制化内点法、G-FOLD制导算法飞行试验、时间最优连续凸化等一系列重要成果。与火星着陆不同，运载火箭子级在地球上的返回过程中，受大气环境的影响比较显著，气动力虽然相对于推力(控制力)而言并非“主导力”，但其存在较大的模型偏差及不确定性，这要求制导方法对气动力系数偏差具备较强的鲁棒性。现有研究的主要关注点多集中于如何改善轨迹优化性能，针对获得优化轨迹后如何形成较好的闭环制导的相关研究还比较少。……