摘要：航天技术时当今世界前沿性以及科学性要求最高的尖端技术之一，因此对于航天飞行器的控制技术研究一直是众多科学家努力的课题，但是不可避免的在研究过程中存在着很多问题需要解决。本文将对航天飞行器研究领域的主要控制技术研究现状展开探讨，并就其在未来社会的发展趋势做出一定的分析，以供未来航天飞行器的设计工作参考。
关键词：航天飞行器；控制技术；研究现状；发展趋势
航天技术经过数百年的发展，如今已经是国家综合国力的重要体现，作为前沿科学技术的综合体现，也在一定程度上反映了国家的整体科研水平。我国作为航天大国，已经在这一领域取得了喜人的研究成果，但对于航天飞行器控制技术的研究仍旧值得被重视。对于进入宇宙空间的航天飞行器如运载火箭和空天飞行器等，其控制技术一直是飞行器领域研究的热点，且控制技术的前沿性是与航天器整体的性能息息相关的。我国在航天技术取得重大成果的同时，如何更为安全、廉价、机动性强的在空间进行活动仍旧值得所有航天人共同努力，当前在进入空间的可靠性和速度问题的控制技术以及航天器飞行的自主控制技术上还有很大的技术不足，这也是本文研讨的重点。
一、航天飞行器控制技术主要挑战
1.1进入空间的可靠性挑战
我国从最初进行航天技术研究至今，已经能够自主研制各种运载火箭。主要为“长征”系列，其很多尖端技术已经达到国际领先水平，可以实现近地轨道发射、太阳同步轨道以及地球同步轨道等各种常见轨道的运载工作，但仍有以下问题需要解决。首先是运载火箭对于非灾难性故障的应对能力还有待完善，这类故障的有效应对需要借助于理论方法，建立完善的故障监测以及预警机制，实现系统故障的隔离。其次是研究成本问题，对于航天技术的研究，我国在研究经费的投入以及合理应用方面有一系列问题，且逐渐出现了如运载能力不够完善、发射周期较长等经济性问题，制约未来航天发射技术发展。最后航天飞行器对于环境载荷影响的控制技术还有待完善，当前对于宇宙空间大气以及引力等主要环境因素还未研究清楚，因此无法对于空间环境载荷进行有效控制，火箭等飞行器往往在结构设计中质量以及强度大于载荷影响，这也使得火箭运载能力下降。
1.2航天飞行器的自主控制挑战
航天飞行器在智能化以及自动化方面有着较高的要求，在一定程度上其兼容了飞机、卫星以及导弹的特性，当前期控制技术研究还存在以下挑战。首先，实现安全、有效的航天飞行器轨道返回问题一直以来都没有得到有效解决，无论是航天器从运行轨道返回时的速度冲量还是机动能力都需要得到改善。其次，航天飞行器对于工程技术提出了更高的要求，如何实现飞行器自主飞行且长周期工作，设备回收可重复利用以及多任务、多载荷的要求是工程技术需要解决的问题。最后，航天飞行器在正式投入使用接受任务前，需要经过一系列的试验验证，如何使得试验验证模拟更为准确逼真是需要解决的问题之一，需要在控制系统的可靠性验证手段以及验证方法上继续完善。
二、航天飞行器控制技术的研究进展
2.1制导技术的发展
航天飞行器在最初多采用开环制导方式来进行飞行器在大气层上升段的制导，从上世纪七十年代开始，逐渐在大气层上升段制导进行闭路制导方式，力图实现飞行器上升段制导的自动化以及有效载荷能力的提高。同时在再入制导技术方面也进行了一定的技术研究，当前在这一技术领域已经实现了长时间在轨飞行控制技术以及飞行器的在线预测校准制导。对于跳跃式再入制导控制技术的研究是保证飞行器再返回地球过程中实现精确着陆以及长纵程飞行能力的保证，由于太空中飞行器普遍升阻比较低，因此跳跃式再入制导技术能够有效实现飞行器的长纵程飞行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆具体而言是指飞行器在返回地球过程中经历了进入大气层、跃出大气层再进入大气层并精确着陆的过程，这一技术使得航天器的离轨返回问题得到了有效解决。
2.2气动控制技术的应用
当前的航天飞行器控制系统大多采用单回路频域或根轨迹方法设计，这种控制系统在使用过程中可以结合奈奎斯特图以及伯德图等使用，使得使用方法和物理意义可以简单清晰的被控制人员所掌握，并且工程设计人员可以全局观察到系统的动态变化以及性能的修改过程。这样的控制系统使得飞行器的控制更为直观，设计人员也可以更好的进行学习，在设计飞行器时也可以凭借这样的控制理论进行相应参数的设置调整，飞行器在执行运载任务时也能够更好的应对外部环境因素以及适时的修改需求。
2.3复合控制技术
飞行器在飞行过程中需要根据实际情况进行飞行轨道或者飞行姿态的调整，需要借助于复合控制途径实现。当前实现气动复合控制的主要首先是进行飞轮、RCS的结合或者RCS和多气动舵的综合使用实现，但这一控制技术由于稳定性以及可靠性方面的问题尚未形成完善的系统设计理念，普及到飞行器应用上还有不小的挑战。
三、航天飞行器未来发展趋势
3.1飞行器进入空间、空天飞行基础控制理论的深入研究
对于航天飞行器这样的前沿技术领域，更应该认识到基础理论知识的重要性，在传统的控制手段技术上不断进行技术突破与改革。为了应对世界各国在航天技术上的挑战，我国应当在航天飞行器控制技术方面设立特定研究计划，并鼓励多学科、多角度的技术研究，设计出全新的具有世界水准的空间飞行器概念，在理论层面建立夯实的基础。
3.2地面试验的不断加强
飞行器的设计处于不断更新换代的状态，而随着空间飞行要求的不断提升，地面试验同样要进行完善，尤其是天地一致性问题的改善。当前的地面试验已经不能够满足飞行器的高超声速飞行状态，因此在发展空间飞行器设计之余还应当在基础建设的设计上加以提升，实现高模拟度以及仿真水平先进的试验模拟，从而使得飞行器的地面试验更加高效且可靠度强。
四、结语
综上所述，航天飞行器技术作为国之重器，是关系到国家综合实力的尖端技术之一，而对于其控制技术的研究更是飞行器能够有效工作的核心问题，因此需要在原有的技术理论上不断研究、突破以及创新，为我国的航天事业做出一定的贡献。
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作者简介
马域凌（2000-02-29），女，汉族，籍贯：四川省成都市。
论文作者:马域凌
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：飞行器论文; 航天论文; 技术论文; 航天器论文; 技术研究论文; 载荷论文; 大气层论文; 《电力设备》2019年第4期论文;