航天發(fā)射自主安控技術探究

楊玖文，谷鵬沖，陳 軍，王競克，閆 河

（中國人民解放軍63729 部隊，太原，030027）

0 引言

在火箭飛行過程中，需要依靠龐大的地面冗余測量與控制系統(tǒng)進行飛行安全控制，以確保飛行異常情況下地面目標的安全。但地面系統(tǒng)的參與不利于火箭的快速發(fā)射且存在許多缺點。通過地面無線安控系統(tǒng)發(fā)展而來的自主安控系統(tǒng)，在沒有地面測控系統(tǒng)參與的前提下，依靠箭載的自主安全裝置來獲取精度高、實時性好的遙外測判決信息源，對于安全管道的設置更精準，確保對地面目標進行有效保護?？朔说孛鏌o線安控系統(tǒng)參與時準備周期長、限制條件多的缺點，有效提高發(fā)射場的發(fā)射速度和頻次，提升發(fā)射能力。

美國SpaceX 公司依靠自主安控技術，實現(xiàn)了新型自主飛行安全系統(tǒng)（Autonomous Flight Safety System，AFSS）在獵鷹9 號全推力運載火箭上的應用，取代了地面飛行控制人員和設備，其具有箭載定位、導航、定時源和自主安全決策邏輯［1］，有效實現(xiàn)高頻次的航天發(fā)射。美國國防部計劃從2025 年開始強制要求所有航天發(fā)射系統(tǒng)安裝自主安控系統(tǒng)。近年來，中國部分海上發(fā)射運載火箭型號也實現(xiàn)了自主安控技術的初步應用。

1 航天發(fā)射安全控制系統(tǒng)的作用及組成

航天發(fā)射具有探索性、先進性、復雜性等特點，一枚運載火箭內有數(shù)萬枚甚至數(shù)十萬枚元器件，任何一個核心元器件工作異常都可能導致發(fā)射失利。由于箭體貯箱中攜帶有數(shù)百噸的高能燃料和助燃劑，一旦發(fā)生故障墜落地面，可能導致燃料爆轟和有毒氣體擴散，危及周邊安全。因此，在運載火箭發(fā)生嚴重故障或超出允許飛行區(qū)域時，務必及時采取安全控制措施，使故障箭在空中受控炸毀或解體，實施火箭飛行安全控制措施的系統(tǒng)被稱為飛行安全控制系統(tǒng)（簡稱安控系統(tǒng)）。

為確保發(fā)射任務安全可靠，一般運載火箭發(fā)射時設置兩套安控系統(tǒng)，一套為箭上安全自毀系統(tǒng)，一套為地面安控系統(tǒng)。一般采用箭上自毀和地面遙控炸毀相結合的方式，共同執(zhí)行飛行過程中的安全控制任務。兩套系統(tǒng)的工作流程均為判斷故障、發(fā)出指令、使火箭在空中自毀，由測量判斷、控制及執(zhí)行3個部分組成。由于所處的空間位置、安控判決信息來源、安控判決規(guī)則等差異，兩者各有優(yōu)缺點。

1.1 箭上安全自毀系統(tǒng)的原理及特點

箭上安全自毀系統(tǒng)以慣性器件作為主要測量工具，一般在慣性平臺上安裝極限姿態(tài)角的觸點，用于判斷火箭的飛行姿態(tài)是否失穩(wěn)。對于故障箭自毀，主要是炸毀各級發(fā)動機及貯箱，當收到自毀指令后，各級發(fā)動機同時自毀。自毀過程分兩步進行，先發(fā)送解保信號，延遲一定時間后再發(fā)送引爆信號。箭上安全自毀根據(jù)設計好的安全自毀方案進行，目前主要的自毀方案為姿態(tài)失穩(wěn)自毀。

姿態(tài)失穩(wěn)自毀安控方式的優(yōu)點是測量設備［2］與控制系統(tǒng)共用，箭載設備少，在火箭飛行中與地面無關，系統(tǒng)簡單可靠；缺點是無法測定箭上的位置漂移，不能實時選擇自毀時間與殘骸落點。

1.2 地面無線安控系統(tǒng)的原理及特點

超出安全管道飛行的火箭，可能墜落到人口密集區(qū)或重要設施設備、建筑物區(qū)域，造成極大危害。上述姿態(tài)安控方式不能判斷的故障可以通過地面無線安控系統(tǒng)進行判斷。地面無線安控系統(tǒng)是發(fā)射場測量控制系統(tǒng)的重要組成部分，由安控信息源（外彈道測量設備、遙測設備）、實時處理、監(jiān)視顯示、輔助決策和無線電遙控等系統(tǒng)組成，在箭上安控指令接收機、炸毀執(zhí)行機構配合下，完成安全控制任務［3］。地面無線安控系統(tǒng)利用外測、遙測數(shù)據(jù)實時判決，當運載火箭飛行時，測量信息送入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，經(jīng)計算后送安控信息顯示及輔助決策系統(tǒng)，根據(jù)飛行軌跡和判決準則進行計算機與人工判決，地面無線安控系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 地面無線安控系統(tǒng)組成示意Fig.1 Compositon of ground security control system

地面無線安控系統(tǒng)主要是通過判斷火箭是否超出預定的“位置、速度、預示落點安全管道”來進行故障判斷的，其優(yōu)點是測量體制和策略方法完善，測量設備眾多，安控判決信息源冗余度高，可以人工控制，有選擇炸毀時間和殘骸落點的適應能力，但這種方式也存在以下缺陷：

a）造價和人力成本高；

b）易受干擾和破壞；

c）遙控操作存在較大的時延誤差，預示落點的選取存在一定偏差。

d）地面人員判斷決策困難，對地面安控指揮員的能力水平和實踐經(jīng)驗要求較高。

綜上所述，地面無線安控系統(tǒng)在進行故障判斷時，受主觀和客觀條件的影響，判斷困難。而當火箭超出“安全管道”時，僅通過原來的姿態(tài)安控系統(tǒng)無法判斷。因此將地面無線安控系統(tǒng)的“安全管道”判別模式通過火箭的安全程序控制器來完成就變?yōu)橐环N新的解決路徑，這樣既解決了對自主安控系統(tǒng)不能判別的故障進行判斷的問題，又克服了地面無線安控系統(tǒng)的缺點。

2 自主安控系統(tǒng)應用的技術基礎

隨著高頻次航天發(fā)射需求的增加，為了克服地面無線安控的缺點，同時確保箭上對地面目標的保護能力，近年來發(fā)展出了箭上自主安控技術，作為一種新型的飛行安全技術和控制模式，逐步應用在新的運載火箭上。

自主安控技術將原有地面無線安控系統(tǒng)所具備的功能和安控模式遷移到了箭載單元上，減少了火箭飛行對各類地面測控設備的依賴，從而為多任務并行發(fā)射和跟蹤提供了可能性。同時，自主安控系統(tǒng)也是確?；鸺破骰厥瞻踩缘谋匾獥l件。

將“安全管道”判別轉移到箭上需要知道實時飛行參數(shù)，包括三維位置、三維速度和時間。此外，箭上還需具備一定計算能力，完成火箭預示落點的計算和安控信息的判決。就目前的箭上設備而言，只有控制系統(tǒng)才能提供這些飛行參數(shù)［4］，但是如果箭上安控系統(tǒng)通過接收控制系統(tǒng)的信號來進行故障判別，就違背了安控系統(tǒng)獨立、當火箭上的其他系統(tǒng)發(fā)生故障時仍能可靠工作的設計原則。因此，需要在箭上部署具備以下功能的一套子系統(tǒng)：

a）系統(tǒng)獨立運行，且具有冗余設計；

b）具備高精度的定時和三維導航、定位能力，可以輸出可靠的時間信息、三維位置和速度信息，同時，可將自身位置、速度信息與慣導系統(tǒng)的位置、速度信息進行互校準和融合處理；

c）具備自身運行狀態(tài)的健康診斷能力，可實現(xiàn)部分系統(tǒng)工作異常情況下的應急處置；

d）具備一定的信息處理能力，能夠根據(jù)獲取的火箭遙測參數(shù)和三維位置、速度信息，進行自主的安控故障判決，實現(xiàn)飛行異常情況下的自主安控判決和實施。

由以上功能總結出自主安控系統(tǒng)的定義：自主安控系統(tǒng)是一套安裝于運載火箭上的獨立的、要素齊全的、軟硬件結合的安全控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在沒有地面設備和人員參與的情況下，根據(jù)火箭飛行情況，自主作出火箭飛行是否需要終止或執(zhí)行其它安全決策的判決，并自動執(zhí)行終止或限制火箭飛行的動作，實現(xiàn)對火箭飛行安全的自主控制。

全球衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）、微電子技術和信息技術的發(fā)展，為自主安控技術的實現(xiàn)提供了必要條件。

全球衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)不僅具有全球性、全天候、連續(xù)的精密三維導航與定位能力，而且具有良好的抗干擾性和保密性。通過在火箭上裝載GNSS接收機，箭上安控系統(tǒng)就可以通過接收機測得的火箭實時飛行參數(shù)來進行“安全管道”的判別，這樣既符合安控系統(tǒng)獨立性的設計要求，又可以利用接收機輸出信號精度高的特點來提高安控系統(tǒng)故障判斷的可靠性。因此，GNSS 接收機在火箭上的應用對于完善安控系統(tǒng)的功能是必需的，這也是進行新型安控系統(tǒng)設計的前提。計算機系統(tǒng)進一步微型化且處理能力大幅提升。信息技術自動化、智能化技術迅速發(fā)展，這為遙外測信息安全控制判決計算轉移到箭上提供了計算能力和計算可靠性的保障。

3 通用自主安控系統(tǒng)設計

自主安控系統(tǒng)的最終目標是在沒有地面設備保障的飛行航線上，確保航天發(fā)射的地面安全，通過減少航路上的跟蹤測量設備和通信設備來降低成本、提高發(fā)射效率；通過縮短飛行終止判決的反應時間來提高地面的安全性。同時，由于其能夠實現(xiàn)精準的位置和姿態(tài)測量，也被應用于可重復使用助推器的回收。

中國部分運載火箭已實現(xiàn)了自主安控系統(tǒng)的飛行應用，取得了較好的效果，但自主安控系統(tǒng)大多根據(jù)任務飛行航路及箭上系統(tǒng)自身特點進行設置，為專用的自主安控系統(tǒng)。設計可定制的、可以在任何發(fā)射范圍內支持各種運載火箭的通用自主安控系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進行安全性、可靠性認證，更有利于開展對運載火箭發(fā)射的安全認證工作，降低發(fā)射成本。其中，根據(jù)飛行航路定制的自主安控策略是由安控專家根據(jù)現(xiàn)有的地面安控策略借鑒而來，是通用自主安控系統(tǒng)的關鍵部分。

3.1 自主安控系統(tǒng)總體設計

自主安控系統(tǒng)的目的是取代飛行安全控制中的人為因素，同時減少對地面復雜、昂貴測量控制和通信設備的依賴。系統(tǒng)包含冗余導航敏感裝置、慣性測量裝置和提供高可靠平臺的冗余計算機系統(tǒng)，通過冗余設計確保在飛行過程中，當某個單節(jié)點的裝置或計算機故障時，能夠對本系統(tǒng)狀態(tài)和火箭狀態(tài)進行一定程度的健康診斷和管理，完成主、備冗余系統(tǒng)狀態(tài)切換，確保自主安控系統(tǒng)工作正常。飛行控制計算機使用依據(jù)發(fā)射場安全需求制定的基于規(guī)則的安控判決策略，從而判斷是否對火箭實施炸毀。

自主安控系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的地面人員參與的安控系統(tǒng)模式，其核心特點有3個：

a）處理單元、導航接收裝置、慣性測量裝置均實現(xiàn)了冗余備份；

b）處理單元對箭載的衛(wèi)星定位裝置和慣性測量裝置獲取的導航信息進行融合處理；

c）自主安控策略依賴于任務前裝訂的可配置安全控制算法和策略。

通過對自主安控系統(tǒng)特點的分析，設計自主安控系統(tǒng)主要組成要素，包括自主安控信息源采集分系統(tǒng)和自主安控判決分系統(tǒng)。

a）自主安控信息源采集分系統(tǒng)。

箭上采用兩套獨立的衛(wèi)星導航接收機和冗余慣組作為三路相互獨立的自主安控外測信息源，實現(xiàn)對火箭飛行狀態(tài)的自主綜合判斷；從箭上測量系統(tǒng)獲取遙測信息，作為健康診斷模塊信息源。

b）自主安控判決分系統(tǒng)。

自主安控判決分系統(tǒng)需實現(xiàn)冗余備份，其包括安全控制模塊和健康診斷模塊兩個部分。健康診斷模塊完成主備系統(tǒng)間運行信息和健康診斷信息的互傳，以實現(xiàn)主備控制，同時該模塊向火箭控制系統(tǒng)傳輸本系統(tǒng)的健康診斷信息和自主安控執(zhí)行信息。安全控制模塊從自主安控信息源采集分系統(tǒng)獲取外測和遙測信息，依據(jù)任務前裝訂的自主安控策略，進行自主安控判決，確定是否終止火箭飛行。

通用自主安控系統(tǒng)總體結構見圖2。

圖2 通用自主安控系統(tǒng)總體結構示意Fig.2 Structure of autonomous security control system

3.2 自主安控系統(tǒng)可靠性設計

自主安控系統(tǒng)工作時的判決信息源包括信息濾波及融合處理后的外測信息和箭上測量系統(tǒng)獲取的遙測信息，兩者均作為自主安控判決的重要信息，遙測信息同時作為自主安控系統(tǒng)和箭上系統(tǒng)的健康診斷信息。

3.2.1 基于衛(wèi)星導航與慣性導航信息的濾波融合

由于自主安控系統(tǒng)模式取消了地面系統(tǒng)對飛行安全控制的這一環(huán)路，為保證其對飛行安全控制的可靠性，發(fā)射場要求自主安控系統(tǒng)實現(xiàn)主備冗余設計和冗余的傳感器信息輸入。傳感器裝置可以是衛(wèi)星導航裝置、慣性導航系統(tǒng)、慣性測量裝置、加速度計等，或者以上相關的組合裝置。所有傳感器的測量信息均可被自主安控系統(tǒng)的主備冗余系統(tǒng)所獲取。

通過將慣性導航系統(tǒng)和衛(wèi)星導航系統(tǒng)相結合，衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)可用于對慣性導航系統(tǒng)進行誤差校驗和修正，并且由于慣性導航系統(tǒng)在短時間內測量誤差較小，兩者的結合使得導航數(shù)據(jù)的正確性高于單一敏感裝置的結果，兩者的組合系統(tǒng)解決了導航系統(tǒng)的常見故障問題，同時單個故障發(fā)生時系統(tǒng)在功能退化或降階的情況下仍能確保導航信息的正常輸出。

通過慣性導航系統(tǒng)和卡爾曼濾波算法，以及線性誤差模型等方法，融合兩個系統(tǒng)的信息，并進行性能仿真試驗來驗證。組合系統(tǒng)不斷計算慣性測量裝置的誤差情況，并對慣性測量裝置輸出的導航數(shù)據(jù)質量進行判斷，從而協(xié)助自主安控系統(tǒng)確定對其數(shù)據(jù)質量的信任等級。組合信息濾波器的設計實現(xiàn)了在任一時刻均有導航位置信息和速度信息的輸出，衛(wèi)星導航系統(tǒng)的失鎖不會導致慣性導航系統(tǒng)的失效，也不會導致導航信息停止輸出。該系統(tǒng)會輸出飛行過程中的各類錯誤狀態(tài)和誤差估計，從而為后續(xù)任務的各類數(shù)據(jù)質量評價和使用提供參考依據(jù)。

3.2.2 基于遙測信息的系統(tǒng)健康診斷

通過測量系統(tǒng)獲取的遙測信息，能夠實現(xiàn)自主安控系統(tǒng)對自身運行狀態(tài)和火箭運行狀態(tài)的健康診斷，自主安控系統(tǒng)中的主、備冗余系統(tǒng)均需具備獨立觸發(fā)飛行終止的能力，通過健康診斷模塊的聯(lián)系，兩者間可以互相獲取對方工作狀態(tài)的健康診斷信息，其飛行終止命令發(fā)出的判斷邏輯為［5］：

a）若主、備系統(tǒng)均工作正常，且發(fā)出了飛行終止命令，則飛行將被終止。

b）若其中一個系統(tǒng)工作異常，在規(guī)定時間內：

1）若檢測到備用系統(tǒng)工作狀態(tài)正常，則不發(fā)送飛行終止命令；

2）若無法驗證備用系統(tǒng)工作是否正常，則立刻發(fā)出飛行終止命令。

c）若主、備系統(tǒng)均工作異常，則兩者的故障將立即觸發(fā)飛行終止命令。

自主安控系統(tǒng)的健康診斷模塊對于可重復使用助推器的回收也有重要意義，其健康檢測與診斷系統(tǒng)在全壽命周期內對重復使用箭體及發(fā)動機進行健康監(jiān)測，從而進一步降低發(fā)射成本。

4 自主安控策略設計

由自主安控系統(tǒng)的設計可知，自主安控策略是自主安控系統(tǒng)最為關鍵的部分，也是需要根據(jù)箭上及任務狀態(tài)進行定制的部分，自主安控策略由安控專家根據(jù)現(xiàn)有的地面安控策略借鑒而來。自主安控的策略的內容包括：

a）自主安控的準則；

b）自主安控的實施方案，包括自主安控自毀的方案和使用的遙測判決參數(shù)、外測信息源；

c）事前遙測、外測安全管道計算的參數(shù)和計算方法；

d）自主安控判決的實施方法，包括自主安控實施的判決原則、自主安控故障模式及炸毀條件。

4.1 自主安控的準則

自主安控的準則是自主安控系統(tǒng)設計和工作的核心原則、目標及前提，是所有自主安控系統(tǒng)工作均需遵守的原則。以下為自主安控準則的關鍵要素：

a）箭上安全自毀完全依賴于自主安控系統(tǒng)，無地面無線安控系統(tǒng)的參與。

b）不誤炸正常箭，炸毀影響地面安全的故障火箭。

c）保護發(fā)射場設施，保護飛行航區(qū)下安全管道內被保護目標的安全（被保護目標可根據(jù)任務具體航路進一步明確），子級殘骸及故障殘骸的落區(qū)選取要符合安全標準要求。

d）當根據(jù)濾波融合后的外測信息源判斷出火箭故障并滿足判決條件時，實施自主安控。

e）當外部信息源輸入不足以支持自主安控判決時，不實施自主安控。

4.2 自主安控的實施方案

姿態(tài)控制失穩(wěn)與位置控制偏離是觸發(fā)自主安控實施的主要飛行故障模式，所以自主安控的實施也主要是針對這兩種情況，故自主安控的實施方案分為姿態(tài)失穩(wěn)自毀和飛行航路偏移自毀。

a）姿態(tài)失穩(wěn)自毀。

姿態(tài)失穩(wěn)自毀是傳統(tǒng)運載火箭具備的安控自毀模式，可以確保運載火箭飛行中姿態(tài)出現(xiàn)異常情況時，結合測量系統(tǒng)獲取的運載火箭俯仰或偏航姿態(tài)角偏差參數(shù)進行判斷，在滿足自毀判據(jù)時，由自主安控系統(tǒng)安全控制模塊向安全控制組合發(fā)出自毀指令，實施姿態(tài)失穩(wěn)自毀。

b）飛行航路超出安全管道自毀。

自主飛行航路偏移自毀是火箭飛出預設航路安全管道時，由箭上安全自毀系統(tǒng)根據(jù)箭上自身記錄的位置、速度信息及計算得到的預示落點信息，自主判斷預示落點與地面保護目標位置關系、與箭上提前裝訂的飛行安全管道關系，進行自主判斷并完成自毀，且確保自毀后殘骸不會落入自主安控準則明確的地面保護目標。飛行航路偏移自毀的各類模式和條件是自主安控策略需要明確的核心內容，其中包含任務前明確的地面保護目標、火箭飛行安全管道等。

4.3 安全管道計算

安全管道是判斷運載火箭是否正常飛行的相關參數(shù)變化的上下限，這些參數(shù)通常包括火箭飛行的外彈道參數(shù)（如飛行位置、高度、速度、加速度等）和內彈道參數(shù)（如發(fā)動機動力參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)等）。每個參數(shù)的理論曲線為火箭根據(jù)運送載荷的目標軌道而設計的理論飛行曲線、理論姿態(tài)曲線和發(fā)動機壓力參數(shù)曲線等。兩旁有兩條曲線，分別描述正常飛行過程中容許的上限和下限，這兩條曲線所形成的“管道”就稱為安全管道。安全管道的寬度取決于彈道或參數(shù)的干擾誤差、測量誤差、處理方法誤差、時延誤差等因素。

任務前安全管道的處理部分運行在安控計算機上，主要計算生成實時需要的各種數(shù)據(jù)。根據(jù)計算出的測量誤差、干擾誤差、方法誤差等，計算出允許火箭飛行的安全管道、告警線、必炸線數(shù)據(jù)，主要包括飛行姿態(tài)安全管道、位置安全管道、預示落點安全管道；計算出保護目標的落點和保護半徑、邊界必炸線等數(shù)據(jù)。安全管道計算完畢后，將結果加載到自主安控系統(tǒng)的安全控制模塊，作為自主安全自毀方案的執(zhí)行依據(jù)。

4.4 自主安控實施的模式及判決原則

自主安控故障模式的判別可分為兩類，一類是基于火箭當前運動狀態(tài)參數(shù)進行安控判別，主要包括位置安全管道判別、速度安全管道判別、動力安全管道判別、姿態(tài)安全管道判別等；另一類是基于火箭預測運動狀態(tài)參數(shù)進行的安控判別，主要包括預示落點超安全管道、故障情況下預示落點落入保護目標、預示落點在保護目標內長時間停留等，火箭自主安控故障模式劃分見表1。各模式判決的條件不同，但遵循的實施原則相同。不同故障模式下，自主安控系統(tǒng)判決遵循以下實施原則：

表1 火箭自主安控故障模式劃分Tab.1 Classification of rocket autonomous security control failure modes

a）使用外測彈道信息源的預示落點信息（Lx-Lz）、速度信息（V-t）、位置信息（Y-X、Y-Z、Y-t）等曲線進行安控判決。

b）當使用外測信息源進行判決時，應參考遙測信息源進行確認。

c）在各故障模式判斷時，均需對首航區(qū)內重要目標實施保護，在實施自毀前進行火箭殘骸預示落點與保護目標區(qū)域位置關系的判別，最大程度地避免火箭殘骸落入受保護區(qū)域，最大程度地確保地面安全。

5 自主安控系統(tǒng)應用前景

5.1 自主安控系統(tǒng)的適用場景

自主安控系統(tǒng)在確保地面公共安全的前提下，能夠減少飛行安全控制中的人為因素，減少對地面復雜、昂貴測量控制和通信設備的依賴，因此其適用于以下場景：

a）海上發(fā)射、空中發(fā)射、應急機動發(fā)射等無依托發(fā)射場。

對于地理條件惡劣的發(fā)射點和發(fā)射航路，無法實施有效的地面設備跟蹤部署和地面無線安控；或者地面設備無法快速機動到測控點位的情況，可僅依靠箭上自主安控。

b）發(fā)射航路下保護目標較多且無法規(guī)避，地面安全管道較寬，導致保護目標數(shù)量眾多，地面安控落點選擇困難。

發(fā)射航路下保護目標較多且無法規(guī)避時，通過箭上自主安控系統(tǒng)為主、地面無線安控系統(tǒng)為輔的方式進行重要目標保護。箭上自主安控可裝訂較窄的安全管道，盡量避開保護目標；同時，地面無線安控系統(tǒng)作為輔助備保系統(tǒng)，進一步提升對地面公共安全的保護等級。

c）子級殘骸落區(qū)選擇困難。

子級殘骸落區(qū)周邊人口密集，或者子級殘骸落區(qū)處于國外區(qū)域的情況，可通過自主安控系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)殘骸的可控回收和落地，確保子級落區(qū)安全。

使用推進式降落方法的可重復使用助推器的回收策略可實現(xiàn)可重復助推器的精準可控回收，在回收飛行過程中，貯箱中的燃料是回收正常的動力源，也是回收異常的危險源。通過在子級上內置自主安控系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)對子級的機載定位、導航，也可根據(jù)飛行航路和彈道設計自主安控策略，在實現(xiàn)可控回收的同時，確?；厥诊w行安全可靠。

5.2 中國航天發(fā)射應用前景

當前，中國部分發(fā)射航向和航路受限于航路下城市眾多、人口密集的問題，若采取地面無線安控為主的方式，一方面遙控操作存在較大的時延誤差，預示落點的選取存在較大偏差，另一方面地面無線安控安全管道較寬，管道內包含的保護目標范圍更大、數(shù)量更多，火箭飛行異常時，地面安控指揮員難以選取火箭遙控炸毀的時機。

若實現(xiàn)箭上自主安控系統(tǒng)的應用，以箭上自主安控為主，地面無線安控為輔，可進一步提升火箭飛行異常時的故障落點選取精度，避開地面保護目標，同時收窄飛行安全管道，提升地面目標安全保護等級；在采用推進式降落方法的子級殘骸回收時，可提高殘骸回收的落點精度，為新航路的開辟創(chuàng)造必要條件。

5.3 應用案例

得益于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、箭載計算機技術及冗余慣性導航系統(tǒng)技術的發(fā)展，中國火箭自主安控技術得到了長足的發(fā)展，長征十一號運載火箭和捷龍三號運載火箭實現(xiàn)了完全自主安控。2019 年6 月5 日，長征十一號運載火箭發(fā)射成功［6］，該型號任務首次實現(xiàn)了箭上完全自主航線安全控制，其自主安控模式與地面無線安控的功能和模式相同，即火箭飛出預設安全管道時，由箭上安全自毀系統(tǒng)根據(jù)箭上自身定位和導航信息進行自主判斷并完成自毀。

美國SpaceX 公司在2017 年3 月16 日之后的所有發(fā)射，均應用了自主安控技術。

6 結束語

自主安控技術作為一項航天發(fā)射新技術，在提升快速發(fā)射能力的同時，可降低發(fā)射風險，確保高密度航天發(fā)射對地面目標的有效保護，有利于開辟對地面跟蹤測量設備依賴較少的發(fā)射點位和新航路，提升發(fā)射頻次和發(fā)射能力。且可應用于可重復使用助推器的回收，有效降低發(fā)射成本。作為可以有效提升發(fā)射效能、降低發(fā)射成本的技術，自主安控將為航天發(fā)射帶來重大而深遠的影響。