基本介紹
- 中文名：航天連續式（模擬式）控制系統
- 外文名：Space continuous (analog) control system
- 簡稱：航天控制系統
- 特點：工作時間長、精度要求高等
- 一級學科：航天科技
- 二級學科：太空飛行器
發展歷史,主要特點,系統集成在航天控制領域中的發展方向,天空地信息一體化系統集成技術,飛行器控制系統集成,
發展歷史
航天連續式（模擬式）控制系統是控制太空飛行器軌道和姿態的整套設備。太空飛行器控制包括姿態控制（見太空飛行器姿態控制）和軌道控制（見太空飛行器軌道控制）。早期的人造地球衛星大多採用自旋穩定和重力梯度穩定的被動姿態控制方法。後來逐步演變到採用既有姿態控制能力又有軌道控制能力的主動控制系統。三軸姿態控制系統已在對地觀測衛星、通信衛星、載人飛船和太空梭上成功地套用。阿波羅號飛船登月飛行和太空飛行器之間的交會和對接成功表明太空飛行器的控制技術進入了新階段。
主要特點
太空飛行器是一個有交叉耦合的多自由度（即多個狀態變數）的系統，各種測量值和系統狀態又是間接相關的，在系統和測量中存在各種干擾因素。為了解決這些複雜的控制問題，從50年代開始，逐漸建立起一套比較完整的現代控制理論，包括多變數控制、統計濾波、最優控制和隨機控制等，從而使太空飛行器控制系統的設計有了理論依據。太空梭在軌道上釋放、回收和修理衛星需要各種機械臂或機器人參加工作。這些裝置由航天員操縱，它們自身也都配有相應的控制系統和視覺與力覺反饋系統。航天員在艙外活動時乘坐的機動飛行裝置也有一個控制系統，航天員可通過手控噴氣推進器來實現空間機動。
未來的航天站將由太空梭運送各種模組組裝而成，有許多設備需要進行控制。航天站上各種撓性體的穩定、站上各種觀測儀器的定向控制以及太空梭與航天站停靠引起的擾動力矩等，要求航天站有一個多級的和分散式的控制系統。航天站的系統結構和控制可以在軌道上經常改變，因此它的控制系統必須具有自適應的能力。航天站在釋放和回收太空飛行器時，這些太空飛行器的控制必須與航天站的控制互相協調，使航天站受到的擾動最小。
在星際航行中，將要求太空飛行器具有更強的自主性（即不依賴於地面）、更高精度和自動維修能力的控制系統。
系統集成在航天控制領域中的發展方向
採用系統集成等先進的技術，可以改善諸如精度、可靠性、機動性等方面指標，大幅度提高產品的性能。進入21世紀，我國航天科技面臨著技術創新、強大國防的重大責任，對於航天控制技術等重點專業發展提出了更高更急迫的需求，以系統集成技術為核心的新技術浪潮，推動著航天控制技術與信息技術的融合。
天空地信息一體化系統集成技術
航天控制系統主要通過天基、空基和地基等系統的測量信息，對航天飛行器進行控制，以提高將有效載荷送到預定軌道或者預定目標的精度。由於地基系統、空基系統及天基系統中的信息是完全自治的，其信息格式、信息的語義等方面都存在著差異，為了實現測控信息的融合併產生有意義的信息，必須將這些異構信息進行集成，生成統一的信息格式，並消除不同信息之間的衝突。另一方面，還要解決集成後的綜合信息分發問題。天空地一體化的關鍵在於各類天基、空基和地基測控手段的集成與融合，主要包括天空地信息集成系統的體系結構、空間探測信息的交換格式與統一表示問題、天空地信息集成環境中的高效信息查詢處理以及集成信息的近實時分發等關鍵技術。
開展天空地信息一體化系統集成技術研究，旨在利用天基綜合信息網的信息資源以及相應的制導控制技術，解決在天基信息系統支持下飛彈武器的精確制導與控制及飛彈武器體系的閉環控制等問題，實現精確制導飛彈在飛行途中的遠程諸元裝訂和途中改變目標、遠程精確打擊以及快速回響發射控制、打擊精度和效果實時評估等，提升精確制導武器在聯合作戰態勢下的智慧型化、信息化、網路化以及生存、突防等能力和武器的綜合作戰效能。
主要研究內容：基於天基信息支持的飛彈精確打擊體系的總體技術；目標重裝與制導技術慣性/衛星/鏈路仿真系統設計技術；信息集成與對抗及智慧型信息融合技術；多模協同制導技術；彈載信息鏈技術等。
飛行器控制系統集成
傳統的飛行器控制系統包括計算機（中央處理機構）、慣組/速率陀螺（敏感機構）、導引頭（制導機構）、舵機或噴管（伺服機構）、電池（動力機構） 、發動機（推進機構）等組成部分，通過匯流排或者獨立的電纜完成系統搭建。隨著對飛行器集成化、小型化、高可靠、低成本等要求的 提 高，整個控制系統的集成設計工作勢在必行。針對飛行器結構特點不同，飛行器控制系統集成主要可分為兩種。
一種，是主要針對多級運載火箭或者大型飛行器。這種飛行器各級儀器倉相距比較遠，飛行器無法將所有功能集成到同一個晶片或者設備內部。根據功能和信號特性對所有設備進行劃分，將某些可以合併的設備集成到一個設備內，儀器設備之間通過高速的匯流排相連線，成為提高該類型飛行器系統集成的一種可行策略。
另一種，是針對微小型飛行器。飛行器的慣組、伺服機構、導引頭、電池、發動機等都可以通過MEMS-IMU、MEMS執行器/作動器、MEMS非製冷紅外感測、MEMS動力能量裝置以及MEMS推進系統替代，並集成到SoC或一個設備中去，進一步縮小控制系統體積。
主要研究內容：分散式控制系統總體設計技術；高密度控制系統總體集成設計技術；高密度控制系統箭測和地測總體設計技術；基於1553B、光纖通路（ Fiber Channel ）的高速高可靠通信鏈路設計技術；MEMS微小型器件設計、仿真、集成與驗證技術等。
