會學習的運載火箭

張鴻飛

在人類航天史上，航天發射任務具有高風險性。提高運載火箭的安全性和可靠性，一直是航天科技工作者不斷追求的目標。對此，火箭飛行控制系統起到了至關重要的作用。

據統計，1990年至2000年，在美國、日本、俄羅斯等國的運載火箭發射失敗的案例中，約有40%的失利有可能利用先進導航制導與控制技術補救挽回，從而繼續完成任務或者降級完成任務。近幾年，獵鷹9號、德爾塔4運載火箭均出現過飛行中發動機推力下降的故障，但通過實施不同程度的補救措施，最終沒有影響主要任務。

目前，我國正在研制會學習的運載火箭。該技術是將智能技術引入導航、制導及控制等各個任務環節，使運載火箭變得更加聰明、自主，對復雜環境和突發狀況具備更強的主動適應能力，從而能在更大程度上確保完成任務。

對于火箭而言，飛行控制系統相當于它的大腦。這部“大腦”學習起來具備兩大特征。

傳統火箭的飛行策略及軌道是提前設計好的，如果火箭在飛行過程中，遭遇事先沒有預料到的復雜空間環境，或者出現動力系統故障等突發情況，火箭飛行軌跡無法在線調整，很可能會導致任務失敗。

會學習運載火箭則具有邊飛邊學的特征。其控制系統能充分利用箭載多源信息，使火箭實現飛行狀態與環境在線辨識、運載及控制能力在線評估、軌跡在線規劃、控制在線重構、目標在線變更等功能。簡單來說，它可以實時感知自己周邊的環境，如果有威脅就自主改變軌跡。同時，火箭會邊飛邊開展自我健康診斷，如果發現問題，它會評估自己的能力，根據實際情況采取相應措施，或是對任務計劃進行調整。

會學習運載火箭的另一特征是終身學習。其控制系統能夠充分利用全生命周期中所產生的數據，以大數據、智能分析技術等為基礎，實現模型智能修正、模型智能建立、方案與參數智能優化等功能，持續進行自我學習和改進。

在現役運載火箭中，絕大部分火箭都是一次性使用，每一發火箭在飛行過程中，可以將自己的“學習內容”傳回地面，供后來者借鑒，實現火箭之間的傳遞性學習，讓后續火箭越來越“聰明”，“經驗”越來越豐富。

上述兩大學習特征相輔相成，相互促進。火箭邊飛邊學積累的經驗和數據，支撐著火箭終身學習；火箭終身學習的訓練與優化，又能促進火箭邊飛邊學更加智能。