火箭飞行时如何实现最优航迹？

功夫大师靠日复一日、年复一年的锻炼，使自己的腰腿力量形成整体，练就了腰马合一，从而使出最佳力劲。

而火箭点火起飞后，则也要在对的时间、对的位置做对的动作，做到自己的“腰马合一”，也就是实现最优航迹。

靠的是什么秘诀呢？

靠的就是我们今天的主角——姿态稳定系统。

姿态稳定系统（又称“姿态控制系统”），主要用于纠正火箭在飞行过程中产生的航向角、俯仰角、横滚角误差，使之保持正确的飞行姿态。

各种“角”听起来是不是很难懂，其实，简单的说控制过程就包括两步——发现偏差，然后消除偏差。

如何发现偏差？

由于运载火箭的飞行轨迹是预先设计好的，那么只要知道火箭的位置，就能判断出火箭是否偏离了既定轨迹，并且知道偏离了多少。确定火箭的位置通常使用两种方法：全球定位系统和惯性导航。

全球定位系统

VS

惯性导航

包括GPS以及我国的北斗系统，通过接收机可以接收到位置信息

通过惯性器件（加速度计和陀螺仪）进行定位，主要由加速度积分得到速度，速度积分得到位置。

优点：可以长时间工作的同时保证精度的可靠

缺点：容易受到干扰。

优点：可以在不接收任何外部信息的情况下独立运行

缺点：误差会通过积分累计传播。

火箭在飞行中，一般都同时使用这两种方法，强强互补，定位效率高，很快就能发现是否有偏差，偏差数值是多少。

举个例子，就像在日常生活中，同时使用家庭自我测量和医院专业检查可以更好地对身体健康进行管理。

在家里自行测量，可以随时随地进行健康监测，但自行测量可能存在误差和不准确的问题，需要定期前往医院进行专业检查。专业检查可以更加全面和准确地了解身体健康状态，但前往医院需要花费时间和精力等。

混合的使用方式可以更好地保护自己的健康，同时提高健康检查的准确性和便利性。

怎样消除偏差？

姿态稳定系统就是控制和稳定运载火箭的绕质心的运动，当系统侦测到火箭的姿态偏离预设值之后，就会操纵喷管，产生一个纠正的力矩，把火箭的姿态“扳”回到我们希望的位置上，包括控制单元以及执行单元两部分。

控制单元主要用于实现改变火箭的姿态以及推力，从而达到改变火箭位置的目的。执行单元就是实现这一目的的执行者，常见的手段有空气舵、燃气舵、矢量喷口等。

再举个例子，试想你用手顶着一支笔，为了让笔保持平衡而不倒，你需要不停地移动手，火箭姿态控制也与之类似，通过不断调整控制自身，实现稳定的运行。

怎么样，

这套“腰马合一”你了解了吗？

来源/中国运载火箭技术研究院

本文转载自公众微信号：中国航天科普

内容来源：中国运载火箭技术研究院

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