运载火箭的多载荷分级优化方法技术

本申请提供一种运载火箭的多载荷分级优化方法，该方法包括：确定真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程；确定入轨级第一主动段的约束条件、入轨级滑行段的约束条件、入轨级第二主动段的约束条件；根据运动方程和各约束条件确定多载荷分级优化策略。本提案提供的方法根据真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程、入轨级第一主动段的约束条件、入轨级滑行段的约束条件、入轨级第二主动段的约束条件确定多载荷分级优化策略，实现了目标轨道不明确情况下的多载荷分级优化策略的确定。确情况下的多载荷分级优化策略的确定。确情况下的多载荷分级优化策略的确定。

【技术实现步骤摘要】
运载火箭的多载荷分级优化方法


[0001]本申请涉及运载火箭控制领域，尤其涉及一种运载火箭的多载荷分级优化方法。

技术介绍

[0002]目前很多火箭都具备一箭多星的发射能力，同时为提升运载能力，火箭入轨级发动机多具备二次启动的能力。
[0003]制导系统负责控制运载火箭的质心运动，在正常飞行时通过计算程序角控制加速度方向，修正飞行过程中干扰和不确定性的影响。
[0004]工程中常用的方法有迭代制导、动力显示制导等，此类基于最优解析形式的制导方法均需要明确目标轨道，不具备目标轨道规划的能力。
[0005]然而，在主发动机故障的情况下，由于运载能力受到影响，可能出现无法进入原目标轨道的情况。
[0006]如何在运载火箭推力下降故障时将有效载荷送入安全的停泊轨道，避免再入大气烧毁，成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术缺陷之一，本申请提供了一种运载火箭的多载荷分级优化方法。
[0008]本申请第一个方面，提供了一种运载火箭的多载荷分级优化方法，所述方法包括：
[0009]确定真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程；
[0010]确定入轨级第一主动段的约束条件、入轨级滑行段的约束条件、入轨级第二主动段的约束条件；
[0011]根据所述运动方程和各约束条件确定多载荷分级优化策略。
[0012]本申请第二个方面，提供了一种电子设备，包括：
[0013]存储器；
[0014]处理器；以及
[0015]计算机程序；
[0016]其中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现如上述第一个方面所述的方法。
[0017]本申请第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现如上述第一个方面所述的方法。
[0018]本申请提供一种运载火箭的多载荷分级优化方法，该方法包括：确定真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程；确定入轨级第一主动段的约束条件、入轨级滑行段的约束条件、入轨级第二主动段的约束条件；根据运动方程和各约束条件确定多载荷分级优化策略。本提案提供的方法根据真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程、入轨级第一主动段的约束条件、入轨级滑行段的约束条件、入轨级第二主动段的约束条件确定多载荷分
级优化策略，实现了目标轨道不明确情况写的多载荷分级优化策略的确定。
附图说明
[0019]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0020]图1为本申请实施例提供的一种运载火箭的多载荷分级优化方法的流程示意图；
[0021]图2为本申请实施例提供的在线规划故障下的多载荷分级优化策略的示意图。
具体实施方式
[0022]为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0023]在实现本申请的过程中，专利技术人发现，在主发动机故障的情况下，由于运载能力受到影响，可能出现无法进入原目标轨道的情况。
[0024]针对上述问题，本申请实施例中提供了一种运载火箭的多载荷分级优化方法，该方法包括：确定真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程；确定入轨级第一主动段的约束条件、入轨级滑行段的约束条件、入轨级第二主动段的约束条件；根据运动方程和各约束条件确定多载荷分级优化策略。本提案提供的方法根据真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程、入轨级第一主动段的约束条件、入轨级滑行段的约束条件、入轨级第二主动段的约束条件确定多载荷分级优化策略，实现了目标轨道不明确情况写的多载荷分级优化策略的确定。
[0025]本实施例提供一种运载火箭的多载荷分级优化方法，将入轨级任务重规划问题定义为包含第一主动段、滑行段和第二主动段的三飞行段轨迹优化问题。并且根据任务需求，考虑两个分支：1)尽快实施第一主动段关机和部分有效载荷分离，不需要保证首次分离有效载荷的安全，使得进入原目标轨道的有效载荷尽量多；2)从有效载荷安全的角度，在第一主动段关机时，首次分离的有效载荷满足最低安全轨道条件，从而牺牲能够完成原任务有效载荷的数量，使得全部有效载荷均能安全在轨停留。在描述优化问题时针对三个飞行段的特点，联立考虑全部约束条件，并将最优目标设为最大化第二主动段关机时刻的剩余质量。结合规划结果和载荷质量，计算最多能够进入原目标轨道的卫星数量和第一主动段关机后分离掉的卫星数量。
[0026]参见图1，本实施例提供的方法实现流程如下：
[0027]101，确定真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程。
[0028]本步骤会在发射惯性坐标系下，确定真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程。
[0029]在发射惯性坐标系中，原点O在发射点，OY轴沿发射点重力反方向指向地表外，OX轴与OY轴垂直并指向发射方向，OZ轴按右手定则确定。
[0030]在真空环境下，忽略气动力的影响，则运动方程如下：
[0031][0032][0033][0034]其中，
·
为求一阶导数运算符，r为位置矢量，V为速度矢量，m为质量，μ为地球引力常数，I
sp
为发动机比冲，g0为标准重力加速度。
[0035]102，确定入轨级第一主动段的约束条件、入轨级滑行段的约束条件、入轨级第二主动段的约束条件。
[0036]1、确定入轨级第一主动段的约束条件的过程
[0037]其中，确定入轨级第一主动段的约束条件包括：初值约束条件、第一主动段过程约束条件、第一主动段终端约束条件。
[0038]1)定义故障时刻为t0，则初值约束条件，包括：
[0039][r,V,m](t0)＝[r0,V0,m0]。
[0040]其中，r为位置矢量，V为速度矢量，m为质量，r0为故障时刻的位置矢量，V0为故障时刻的速度矢量，m0为故障时刻的质量。
[0041]需要说明的是，本实施例及后续实施例通过下标0表示故障时刻状态。
[0042]2)在第一主动段飞行过程中需要考虑推力幅值约束，定义第一主动段推力幅值为T1，则第一主动段过程约束条件，包括：
[0043]‖T(t)‖＝T1。
[0044]其中，t为当前时刻，T(t)为当前时刻的推力幅值，T1为第一主动段推力幅值。
[0045]3)定义第一主动段关机时间为t1，小于第一主动段最长飞行时间t
1max
。
[0046]对于分支2，还需要考虑形成轨道的最低安全高度(h
safe
)约束，即第一主动段关机时刻的近地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运载火箭的多载荷分级优化方法，其特征在于，所述方法包括：确定真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程；确定入轨级第一主动段的约束条件、入轨级滑行段的约束条件、入轨级第二主动段的约束条件；根据所述运动方程和各约束条件确定多载荷分级优化策略。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程，包括：在发射惯性坐标系下，确定真空环境下的运载火箭上升段质心运动方程；所述发射惯性坐标系中，原点O在发射点，OY轴沿发射点重力反方向指向地表外，OX轴与OY轴垂直并指向发射方向，OZ轴按右手定则确定。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述运动方程为：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述运动方程为：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述运动方程为：其中，
·
为求一阶导数运算符，r为位置矢量，V为速度矢量，m为质量，μ为地球引力常数，I
sp
为发动机比冲，g0为标准重力加速度。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定入轨级第一主动段的约束条件包括：初值约束条件、第一主动段过程约束条件、第一主动段终端约束条件。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述初值约束条件，包括：[r，V，m](t0)＝[r0，V0，m0]；其中，r为位置矢量，V为速度矢量，m为质量，r0为故障时刻的位置矢量，V0为故障时刻的速度矢量，m0为故障时刻的质量，t0为故障时刻。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一主动段过程约束条件，包括：||T(t)||＝T1；其中，t为当前时刻，T(t)为当前时刻的推力幅值，T1为第一主动段推力幅值。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一主动段终端约束条件，包括：h
p
(t1)≥h
safe
，t1≤t
1max
；其中，t1为第一主动段关机时刻，t
1max
为第一主动段最长飞行时间，h
p
(t1)为第一主动段关机时刻的近地点高度，h
safe
为形成轨道的最低安全高度。8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定入轨级滑行段的约束条件，包括：滑行段飞行时间约束条件、滑行段初始状态约束条件、滑行段终端约束条件。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滑行段飞行时间约束条件，包括：||T(t)||＝0，t
cool
≤t
‑
t1≤t
cmax
；其中，t为当前时刻，T(t)为当前时刻的推力幅值，t1为第一主动段关机时刻，t
cmax
为最大滑行时间，t
‑
t1为滑行段飞行时间，t
cool
为发动机二次启动预冷时间。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滑行段初始状态约束条件，包括：
[r，V，m](t
c0
)＝[r，V，m](t1)；其中，r为位置矢量，V为速度矢量，m为质量，t
c0
为滑行段初始时刻，t1为第一主动段关机时刻。11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滑行段终端约束条件，包括：m(t
cf
)≤m(t
c0
)；其中，t
cf
为滑行段终端时刻，t
c0
为滑行段初始时刻，m(t
cf
)为滑行段终端时刻质量，m(t
c0
)为滑行段初始时刻质量。12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定入轨级第二主动段的约束条件，包括：第二主动段开机约束条件、第二主动段过程约束条件、第二主动段终端约束条件。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二主动段开机约束条件，包括：[r，V，m](t2)＝[r，V，m](t
cf
)；其中，r为位置矢量，V为速度矢量，m为质量，t
cf
为滑行段终端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，宋征宇，巩庆海，胡海峰，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：