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先进控制技术在航天器上的应用
先进控制技术在航天器上的应用 先进控制技术在航天器上的应用 我国近年在载人航天方面已经取得了骄人的成绩。
多项技术其水平已位居世界前列。其中更是有八项关键航天飞控技术达到了世界先进水平，它们分别是高精度定轨技术、高精度轨道机动控制技术、精确返回控制技术、测控过程可视化技术、飞行控制自动化技术、软件构件化技术、智能化故障诊断技术、应急救生控制技术。
下面我们就其中的几门技术来看一下我国目前比较先进的控制技术在航天器上的应用。
1.1. 高精度定轨技术高精度定轨技术。
现实生活中的火车， 动车在运行的时候， 必须有专门的轨道， 否则后果不堪设想。航天器又何尝不是这样，如果没有一条精准的轨道，那么航天只能是一个梦，一个空想。
所以，在航天梦实现的路上,我们必须要拥有先进的定轨技术。我国在定轨技术上边投入了大量的人力物力,最后终于研究出了高精度定轨技术。
据中国载人航天测控神经中枢北京航天指挥控制中心透露， “神舟”四号飞船发射升空后8 分钟，北京航天指挥控制中心就向全系统报出了入轨的参数。并且据中国科学院消息，在前 3 次“神舟”号飞船试验中，他们也都是在 8 分钟时间内就准确地计算出了轨道，并且计算精度优于 100 米。这种轨道确定速度和精度，是中国航天测控领域实时定轨的一项重大突破，处于国际先进水平。
中国航天测控人对飞船飞行轨道的计算和确定是从一张白纸上干起来的。
近年来， 北京航天指挥控制中心科技人员紧紧围绕我国载人航天工程建设的需要，不断探索新途径，刻苦研究新技术，集智攻关，开拓创新，研制开发出了数百个进程、数千个模块、数万个程序的外测保障软件，建立了数值法定轨系统，并在测量数据处理、误差修正、高精度摄动模型和数值积分等方面取得了一系列重大突破。在飞船试验中，北京航天指挥控制中心通过这些自动化的外测保障软件，可以全程计算和确定飞船的实时轨道， 并能以“三维动画”形象直观地反映飞船的轨迹和姿态，为作出飞行控制决策提供了可靠依据。
2.2. 高精度轨道机动控制技术高精度轨道机动控制技术。
航天器在太空中飞行、升空、降落的过程当中，轨道的计算、设定和控制毫无疑问是重中之重。在整个航天器的发射到回收的过程中，一步做错，全盘皆完。高精度轨道机动控制技术在目前只有包含我国在内的少数国家能够掌握。
就拿“嫦娥工程”来说, 它是我国深空探测计划的第一步，它以月球探测为
目标，分“绕”、“落”、“回”三个阶段实施。看似简单的一个过程，但是其中的难度真的难以用语言表达清楚。
每个阶段它的轨道都必须严格保持与其预定轨道相符,否则不仅会影响到本环节,还会在两阶段交接的时候对下一阶段造成相当大的难题。所以，在航天器载人航天的整个体系之中，轨道控制作为其中最大、 最难的问题一直困扰着无数的研究人员。高精度轨道机动控制技术毫无疑问是解决这个问题的利器。
在高精度轨道机动控制技术之中，我国中心科技人员运用世界最优控制理论，使地面指挥员能够及时对飞船实施精确变轨。在“神舟”飞船飞行任务中，他们多次启动船载小动量发动机，成功进行了高精度的轨道机动控制，令世界航天界对我国航天技术刮目相看。
同时我们也相信,我国会在这方面继续研究下去,并且取得辉煌的成就. 3.3. 精确返回控制技术精确返回控制技术。
精确返回控制技术是载人航天飞行任务的核心技术。
我国科技工作者独创性地研究了返回控制参数计算与返回落点预报方法，在目标落点计算精度、准确性和可靠性上优于任务总体要求，使我国成为继俄罗斯、美国之后第 3 个掌握这项技术的国家。
飞船绕地球运行时， 将在太空受到多种摄动力的影响， 其力学模型涉及数学、力学、地球物理学、海洋学等综合学科。并且在飞船点燃发动机制动进入返回轨道时，点火时间必须精确控制，点火时间相差 1 秒钟，就会使飞船落点位置相差9 公里。经过科技人员的几年艰苦攻关，我国研究人员运用高精度时间与坐标系统、大气密度计算模式等先进技术，使飞船定轨精度大大提高，同事我国科技工作者在圆满完成 5 次神舟飞船飞行试验任务的过程中， 成功突破了精确返回控制技术的关键瓶颈，实现了遥控发令、数据注入、轨道计算预报等软件运行的高度自动化，在 2 秒钟内就能由飞控中心把指令发送到飞船。现如今，我国精确返回控制技术达到世界领先水平。中心还运用了当今最先进的虚拟现实、数字建模技术，使飞行控制操作更加实时逼真。
飞船绕地球运行时， 将在太空受到多种摄动力的影响， 其力学模型涉及数学、力学、地球物理学、海洋学等综合学科。几年艰苦攻关，他们运用高精度时间与坐标系统、大气密度计算模式等先进技术，使飞船定轨精度大大提高，取得了我国近地航天器定轨 30 年来的重大突破。
4.4. 测控过程可视化技术测控过程可视化技术。
航天任务中,航天器轨道数据和测控过程的实时处理和动态显示,能够协助指挥人员和工程技术人员准确的掌握航天器运行态势和测控过程,正确的分析和判断发射情况,更有效地组织指挥航天发射活动。传统分的航天器飞行和测控过程的现实。
主要是通过对航天器飞行状态的分析计算，再将航天器飞行态势和测控过
程的主要参数以列表、曲线的方式显示。其缺点很明显，就是航天器的多种参数状态无法得到全面、直观的反映，增加了数据判读、确认的难度；另一种方法是通过国外软件来进行仿真输出，但还是由于其涉及版权，技术支持等问题，使得成本很高、适应性较差。所以，开发一套自己的测控过程可视化软件就 显得尤为重要。
我国在载人航天的前期阶段,由于技术的落后和不完善,在很大的程度上限制了我们的载人航天技术的发展与进步的速度.其中,测控过程可视化技术就是其中很大的一个障碍。
但是,经过了研究人员的不懈努力,我们终于在技术上取得了长足的进步。
测控过程可视化技术，使得航天器的多种参数能够同时表达，并且是以图形图像的形式，更有利于工作人员的理解和处理。这在很大程度上减少了大规模数据处理的时间，提高了我们对航天器的实时监控，并且能够使我们及时发现并解决航天器所出现的问题，能够避免一些可能会造成的事故。
5.5. 飞行控制自动化技术。
飞行控制自动化技术。
即以航天器为被控对象的自动化控制系统。航天器上各种设施纷繁复杂,单纯的一个人、两个人几乎不可能将其全部掌握。所以说让航天员控制几乎是不可能的事情。所以这就需要一套完整、精确的自动化技术来控制航天器。这样可以减轻飞行员的压力,与此同时也能够极大程度上的增加航天过程中的安全性。
我国现在该技术主要通过对航天器飞行过程中的各种参数进行计算(各种技术通力合作),然后由地面对航天器进行一定程度上的遥控。
这样航天器以轨道机动发动机来提供动力,实现航天器的飞行姿势的改变,轨道的改变等一系列的变化。
6.6. 智能化故障诊断技术智能化故障诊断技术。
航天器之中涉及相当多的精密仪器,所以我们要随时知道各种仪器的状况,防止仪器损坏或者能够及时的对其故障进行诊断。
有统计资料表明,在 1990-2001 年间所发射的卫星、空间站等 764 个航天器当中总共有121个出现故障， 占航天器总数的15.8%， 其中控制系统的故障占37%。故障诊断为提高系统的可靠性、可维护性和有效性开辟了一条新的途径，为航天器的容错设计奠定了基础。
虽然航天器领域的故障诊断技术很早就有航天器设计人员进行研究， 但是其中大部分研究是基于地面高性能计算机利用遥测数据对卫星的运行状态进行分析诊断，航天器缺乏自主诊断能力。
我国目前的故障诊断技术已达到了世界先进水平， 能够实现很大程度上的智能化。但是，这还是远远不够的。我们要继续加大投入，努力研究，是我国的智能化故障诊断技术更上一层楼。
7.7. 软件构件化技术软件构件化技术。
软件构件化技术是目前软件开发的一个重要手段，他可以提高软件的灵活性、可维护性和可靠性，缩短软件的开发周期，同时也有助于提高软件开发的标准化程度。
1983 年，Freeman 对软件构件化技术给出了详细的定义：
“在构造新的软件系统的过程中，对已存在的软件人工制品的使用技术。”软件人工制品可以是源代码片段、 子系统的设计结构、 模块的详细设计、 文档和某一方面的规范说明等。所以，所谓软件构件就是利用已有的软件成分来构造新的软件。
软件的构件他可以大大减少软件开发所需的费用和时间， 有利于提高软件的灵活性、可维护性和可靠性，同时也有助于提高软件开发的标准化程度。它是软件工程界的一个热门话题，也是我国在航天工程当中相当重要的一项技术。随着该技术的发展，我们的航天器会更加精细，完美。
8.8. 应急救生控制技术应急救生控制技术。
我国载人航天发展的越来越快， 同时这也需要我们的航天员在航天器和太空环境中从事一些不能简单的用机械操作来完成的事情。必然的，航天员的生命安全是需要我们十分注意的。我们必须尽一切可能的来确保他们的安全。所以，一套完整的应急救生系统是必不可少的，其中必然要用到应急救生控制技术。
我国目前研制的应急逃逸救生控制系统，能在 11 秒内完成对逃逸火箭模式判别及切换指令发送，并且在 23 秒内完成数据注入任务，能最大限度的确保航天员安全逃逸； 我国首创的舱内仪表仿真系统能够真实再现飞船舱内仪器表等各类设备的工作情况，航天员在舱内的一举一动均可显示出来，真正意义上的做到实时监控；航天员生理信息处理系统，能够实时地对航天员血压、心跳、呼吸等生理信息进行反映，随时掌握航天员的身体状况，起到了一个远程医生的作用；创建的三维态势搜救系统，可以对飞船、搜救直升机和车辆的相对方位实时地进行显示，逼真地再现整个搜救场面，为着陆场系统及时准确地发现飞船、保证航天员安全顺利出舱提供了强有力的支持；创新的飞船轨道舱管理模式，在国内首次将轨道舱管理系统建立在基于 WINDOWS 操作系统的微机操作平台上， 确保了系统的稳定性和可靠性。
由此可见，航天器之中应用了多种先进的控制技术。并且，我国在其中的很多技术上都取得了令世界瞩目的成就，就比如上述八种先进控制技术。在航天器工作运行过程当中，各种先进的控制技术之间相互协调、相辅相成，使得航天器能完成一个又一个的任务。所以我们的先进控制技术的研究要继续发展下去，并且要更好地发展下去。相信我国的航天事业一定会更加辉煌！
综上所述，我国的航天技术白手起家，到现在已经达到了世界先进水平。这其中多亏了一位位科学家的不懈努力。他们为我国航天事业做出了巨大的贡献，奉献了自己的一生。我相信，我国一定会出现更多的向他们一样的人才，相继投
入到航天领域之中，共同撑起中国航天事业这一片天，使我国的航天事业更进一步，成为世界都瞩目的航天第一国。
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