中國(guó)航天報(bào)微信公號(hào)5月13日消息，“我比10環(huán)多0.8環(huán)”。

我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙為何落點(diǎn)精度奇高？

5月8日13時(shí)49分，我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙成功返回地球，落點(diǎn)精度再創(chuàng)新高，比以往神舟飛船返回落點(diǎn)精度提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

中國(guó)載人航天工程飛船系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師張柏楠在接受采訪(fǎng)時(shí)證實(shí)，落點(diǎn)精度“超出了我們的預(yù)期，10.8環(huán)”。

為什么會(huì)有如此高的精度，比10環(huán)還要多出0.8環(huán)呢？

因?yàn)?，除?dǎo)航準(zhǔn)確外，此次還裝備了一項(xiàng)中國(guó)獨(dú)創(chuàng)技術(shù)——全數(shù)字全系數(shù)自適應(yīng)預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)。

1、全數(shù)字全系數(shù)自適應(yīng)預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)，有何特點(diǎn)？如何工作？

據(jù)這一方法的主要發(fā)明人、中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司五院502所的載人飛船系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師胡軍介紹，“與標(biāo)稱(chēng)軌跡制導(dǎo)方法只根據(jù)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與標(biāo)稱(chēng)軌跡的差求取制導(dǎo)修正量相比，全數(shù)字全系數(shù)自適應(yīng)預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)是全局性制導(dǎo)，具有智能化的特點(diǎn)，更加靈活，能應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的情況，控制更平穩(wěn)，精度也更高”。

也就是說(shuō)，這種方法能夠根據(jù)返回艙的飛行狀態(tài)及當(dāng)前的制導(dǎo)策略，預(yù)報(bào)飛到終點(diǎn)時(shí)的誤差，根據(jù)這個(gè)誤差及飛行過(guò)程中的過(guò)載等約束，自主計(jì)算下一次的制導(dǎo)策略，如此反復(fù)并將飛船控制到目標(biāo)點(diǎn)。

2、開(kāi)傘點(diǎn)決定落點(diǎn)精度，“自適應(yīng)預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)”控制開(kāi)傘點(diǎn)

和我們的直觀認(rèn)識(shí)不同，飛船返回艙的落點(diǎn)精度不主要取決于降落傘，因?yàn)轱w船使用的降落傘屬“無(wú)控傘”，是會(huì)隨風(fēng)漂移的。主要決定落點(diǎn)精度的其實(shí)是“開(kāi)傘點(diǎn)”，就是返回過(guò)程中打開(kāi)降落傘時(shí)，返回艙所處的空間位置。

自適應(yīng)預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)技術(shù)所“管轄”路段的終點(diǎn)就是開(kāi)傘點(diǎn)。

在返回前，由降落傘研制人員，根據(jù)氣象部門(mén)所預(yù)測(cè)的返回時(shí)的風(fēng)速、風(fēng)向計(jì)算降落傘在下降過(guò)程中的漂移距離和方向，并據(jù)此對(duì)理論開(kāi)傘點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。

比如，刮東風(fēng)就把開(kāi)傘點(diǎn)向東移，刮南風(fēng)就往南移，使得最終的落點(diǎn)能夠最接近理論落點(diǎn)。

所以，決定落點(diǎn)精度的，就是一路風(fēng)馳電掣、電光火石間，直接駕駛飛船的自適應(yīng)預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)技術(shù)支持下的GNC系統(tǒng)（制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)）。

3、返回前，GNC系統(tǒng)怎樣“駕駛飛船”？

其實(shí)，從飛船離開(kāi)火箭到返回艙到達(dá)開(kāi)傘點(diǎn)，這整個(gè)飛行過(guò)程都是由GNC系統(tǒng)控制的。

返回時(shí)，GNC系統(tǒng)中的“導(dǎo)航”負(fù)責(zé)給出當(dāng)前返回艙的位置、速度和空間方位，“制導(dǎo)”負(fù)責(zé)提供到達(dá) “開(kāi)傘點(diǎn)”的方法，“控制”負(fù)責(zé)執(zhí)行。

聽(tīng)起來(lái)邏輯清晰，但實(shí)際難度要大得多。

首先，飛行過(guò)程中偏差多、偏差大。比如返回艙的初始位置、速度、姿態(tài)偏差，氣動(dòng)力系數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、返回艙質(zhì)量等動(dòng)力學(xué)和控制偏差，以及大氣密度等環(huán)境偏差。

其次，有效控制時(shí)間短。新一代飛船返回艙速度從9000m/s降到150m/s、高度從120km降到8km開(kāi)傘點(diǎn)，僅有350秒的時(shí)間，且過(guò)程中動(dòng)力學(xué)復(fù)雜。

再次，返回艙的構(gòu)型也決定了其控制能力有限。由于氣動(dòng)升力大小不能調(diào)整，所以過(guò)程中只能利用返回艙往不同方向的傾斜來(lái)調(diào)整氣動(dòng)升力在空間的指向，以此來(lái)控制返回艙縱向航程和橫向航程。

4、自適應(yīng)預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)技術(shù)的前世今生

此次是該技術(shù)的第二次應(yīng)用。第一次是應(yīng)用于2014年嫦娥五號(hào)飛行試驗(yàn)器月地返回跳躍式再入中，當(dāng)時(shí)的開(kāi)傘點(diǎn)精度之高達(dá)到了迄今為止國(guó)際上飛船外形航天器再入返回的最高開(kāi)傘點(diǎn)精度，也是世界上首次全數(shù)字預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)方法的成功應(yīng)用。

連續(xù)的工程成功實(shí)踐，驗(yàn)證了這種理論與方法對(duì)不同任務(wù)要求的適應(yīng)性，可以滿(mǎn)足長(zhǎng)航程的跳躍式再入，也可以滿(mǎn)足短航程的直接再入，證明了該方法理論上的先進(jìn)性、工程上的實(shí)用性，也證明了這種方法高度的自主性和靈活性。

該理論與方法是胡軍團(tuán)隊(duì)，包括老一代吳宏鑫研究員，新一代楊鳴、董文強(qiáng)等，20余年三代人的理論研究和工程實(shí)踐相結(jié)合的成果。

該研究和實(shí)踐成果在世界上首次打通了預(yù)測(cè)制導(dǎo)和控制之間的隔閡，大大簡(jiǎn)化和降低了預(yù)測(cè)制導(dǎo)的應(yīng)用門(mén)檻，無(wú)論在控制理論的發(fā)展還是在提升工程應(yīng)用水平方面都具有典型意義，是對(duì)世界航天控制領(lǐng)域的一大貢獻(xiàn)。

502所還對(duì)自適應(yīng)預(yù)測(cè)校正制導(dǎo)作了進(jìn)一步的理論分析和多種案例的深入研究，表明該方法不但適用于月地返回跳躍式再入、地球軌道直接式再入，還可應(yīng)用于火星進(jìn)入與火星大氣捕獲、大升力體初始再入、末端能量管理、水平進(jìn)場(chǎng)著陸、高超聲速飛行器發(fā)射段與再入段制導(dǎo)等，具有普適性和統(tǒng)一性。

（原題為《揭秘新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙為何命中“10.8環(huán)”》）