[发明专利]运载火箭一子级伞控回收航迹规划方法

说明书

本发明公开了一种运载火箭一子级伞控回收航迹规划方法，用于解决现有运载火箭一子级回收方法实用性差的技术问题。技术方案是在一子级‑翼伞系统六自由度模型的基础上，建立系统航迹规划简化质点模型，将一子级归航航迹划分为径向飞行段、盘旋削高段、逆风接近段和雀降段四个阶段，建立对应航迹的几何关系；然后，在分段归航的基础上，建立一子级归航航迹多目标函数约束条件，满足一子级落点精度之后对归航过程系统能量损耗进行约束；将人工鱼群算法引入一子级回收航迹规划当中，通过觅食、聚群、追尾行为加快航迹规划过程参数寻优的收敛速度和稳定性，提高最优参数的求解精度，使一子级精准回收的同时能量损耗达到最少，实用性好。

技术领域

本发明涉及一种运载火箭一子级回收方法，特别涉及一种运载火箭一子级伞控回收航迹规划方法。

背景技术

我国航天事业的发展已经取得了非常显著的成绩，航天发射活动、发射频次位居世界前列。然而，由于技术的限制，我国各型火箭发射中一子级分离体仍然无法实现坠入指定区域，其着陆偏差达十几公里，甚至上百公里，分离体落点失控带来的人身、财产损失问题引发了社会上的广泛关注。近年来兴起的冲压式翼伞因其具有优良的滑翔性能、稳定性和可操纵性，在航天器回收、空投领域得到了广泛的应用。通过翼伞系统来回收火箭一子级，相当于给一子级配置了“柔性机翼”，利用翼伞系统的可控性和高滑翔特性使一子级精准、安全降落在指定区域内。

我国学者熊菁采用分段归航策略对翼伞系统轨迹进行规划[熊菁.翼伞系统分段归航轨迹的优化设计[J].航天返回与遥感,2004(03):11-16.]，根据翼伞飞行轨迹在水平面上的投影为直线和圆的组合，将系统轨迹划分为径向飞行段、盘旋削高段、逆风接近段和雀降阶段，利用各段轨迹的几何关系，将轨迹优化问题转化为参数寻优问题求解，实现了空投物投放过程中的航迹设计。

分段归航设计的方法以其轨迹可知和操纵简单的特点而备受关注，但分段归航方法是根据先前试验经验选择恒定盘旋半径和偏转角度来设计一子级回收航迹，仅保证了一子级的落点精度，归航过程中翼伞系统能量损耗过多的问题并没有很好的解决，需要进一步的完善，以使一子级精准回收的同时减少系统能量损耗。

发明内容

为了克服现有运载火箭一子级回收方法实用性差的不足，本发明提供一种运载火箭一子级伞控回收航迹规划方法。该方法在一子级-翼伞系统六自由度模型的基础上，建立系统航迹规划简化质点模型，将一子级归航航迹划分为径向飞行段、盘旋削高段、逆风接近段和雀降段四个阶段，建立对应航迹的几何关系；然后，在分段归航的基础上，建立一子级归航航迹多目标函数约束条件，满足一子级落点精度之后对归航过程系统能量损耗进行约束；将人工鱼群算法引入一子级回收航迹规划当中，通过觅食、聚群、追尾行为加快航迹规划过程参数寻优的收敛速度和稳定性，提高最优参数的求解精度，使一子级精准回收的同时能量损耗达到最少，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种运载火箭一子级伞控回收航迹规划方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、建立一子级-翼伞系统归航过程六自由度数学模型，系统的十二个微分方程如下：

一子级-翼伞系统动力学方程：

一子级-翼伞系统角运动方程如下：

一子级-翼伞系统的姿态角与角速度之间关系如下：

一子级-翼伞系统质心在地面坐标系中的位置关系如下：