會(huì)學(xué)習(xí)的運(yùn)載火箭

張鴻飛

在人類航天史上，航天發(fā)射任務(wù)具有高風(fēng)險(xiǎn)性。提高運(yùn)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(biāo)。對(duì)此，火箭飛行控制系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990年至2000年，在美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)的運(yùn)載火箭發(fā)射失敗的案例中，約有40%的失利有可能利用先進(jìn)導(dǎo)航制導(dǎo)與控制技術(shù)補(bǔ)救挽回，從而繼續(xù)完成任務(wù)或者降級(jí)完成任務(wù)。近幾年，獵鷹9號(hào)、德爾塔4運(yùn)載火箭均出現(xiàn)過飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)推力下降的故障，但通過實(shí)施不同程度的補(bǔ)救措施，最終沒有影響主要任務(wù)。

目前，我國(guó)正在研制會(huì)學(xué)習(xí)的運(yùn)載火箭。該技術(shù)是將智能技術(shù)引入導(dǎo)航、制導(dǎo)及控制等各個(gè)任務(wù)環(huán)節(jié)，使運(yùn)載火箭變得更加聰明、自主，對(duì)復(fù)雜環(huán)境和突發(fā)狀況具備更強(qiáng)的主動(dòng)適應(yīng)能力，從而能在更大程度上確保完成任務(wù)。

對(duì)于火箭而言，飛行控制系統(tǒng)相當(dāng)于它的大腦。這部“大腦”學(xué)習(xí)起來(lái)具備兩大特征。

傳統(tǒng)火箭的飛行策略及軌道是提前設(shè)計(jì)好的，如果火箭在飛行過程中，遭遇事先沒有預(yù)料到的復(fù)雜空間環(huán)境，或者出現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)故障等突發(fā)情況，火箭飛行軌跡無(wú)法在線調(diào)整，很可能會(huì)導(dǎo)致任務(wù)失敗。

會(huì)學(xué)習(xí)運(yùn)載火箭則具有邊飛邊學(xué)的特征。其控制系統(tǒng)能充分利用箭載多源信息，使火箭實(shí)現(xiàn)飛行狀態(tài)與環(huán)境在線辨識(shí)、運(yùn)載及控制能力在線評(píng)估、軌跡在線規(guī)劃、控制在線重構(gòu)、目標(biāo)在線變更等功能。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它可以實(shí)時(shí)感知自己周邊的環(huán)境，如果有威脅就自主改變軌跡。同時(shí)，火箭會(huì)邊飛邊開展自我健康診斷，如果發(fā)現(xiàn)問題，它會(huì)評(píng)估自己的能力，根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)措施，或是對(duì)任務(wù)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。

會(huì)學(xué)習(xí)運(yùn)載火箭的另一特征是終身學(xué)習(xí)。其控制系統(tǒng)能夠充分利用全生命周期中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以大數(shù)據(jù)、智能分析技術(shù)等為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)模型智能修正、模型智能建立、方案與參數(shù)智能優(yōu)化等功能，持續(xù)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和改進(jìn)。

在現(xiàn)役運(yùn)載火箭中，絕大部分火箭都是一次性使用，每一發(fā)火箭在飛行過程中，可以將自己的“學(xué)習(xí)內(nèi)容”傳回地面，供后來(lái)者借鑒，實(shí)現(xiàn)火箭之間的傳遞性學(xué)習(xí)，讓后續(xù)火箭越來(lái)越“聰明”，“經(jīng)驗(yàn)”越來(lái)越豐富。

上述兩大學(xué)習(xí)特征相輔相成，相互促進(jìn)。火箭邊飛邊學(xué)積累的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，支撐著火箭終身學(xué)習(xí)；火箭終身學(xué)習(xí)的訓(xùn)練與優(yōu)化，又能促進(jìn)火箭邊飛邊學(xué)更加智能。