问题——可重复使用是降低发射成本、提升发射频次的重要路径,但“如何让火箭安全、精准、低成本地回收”仍是行业难点。
特别是在无动力返回阶段,飞行器要在高速再入与复杂扰动中完成轨迹规划、姿态控制和落点约束,既要“算得准”,又要“算得快”,更要在有限算力、强约束条件下保持高可靠性。
原因——回收难,根子在于再入段环境的强不确定性与工程约束的叠加。
火箭从百公里级高度回落过程中,速度快、气动参数变化剧烈,空气动力与结构受热引发的非线性扰动显著,飞行状态瞬息变化。
与此同时,箭载计算平台受重量、体积和功耗等限制,通常采用主频相对较低、强调抗辐射与稳定性的器件,难以直接承载“高频实时优化”类算法。
更重要的是,航天辐射环境可能诱发单粒子效应等风险,算力越高、系统越复杂,抗干扰与可靠性设计要求越严苛,工程实现门槛随之提升。
这意味着,回收“智能化”不能简单依赖堆算力,而需要算法与工程体系的协同创新。
影响——此次百公里级亚轨道飞行试验的完成,为上述难题提供了可验证的技术路径。
试验中,力鸿一号遥一火箭点火升空,跨越约100公里的“卡门线”后到达约120公里弹道顶点,随后启动无动力返回。
在距地面约70公里阶段,飞行器对返回航迹进行灵活调整,最终实现高精度定点、定姿落地。
据介绍,这是国内首次针对火箭在线轨迹优化制导技术完成的百公里级亚轨道飞行试验。
其意义在于:一方面,证明了“在线优化+自主决策”能够在真实飞行条件下闭环运行;另一方面,为后续更复杂工况、更高能量返回任务积累数据与工程经验,有助于推动可重复使用关键技术从地面仿真走向飞行验证、从单项突破走向系统集成。
对策——面对箭载算力受限与环境复杂的双重约束,研发团队将重点放在“以算法效率弥补算力短板”的工程思路上。
由中山大学师生牵头研制的箭载制导计算机“慎思二号D”集成自主研发的在线轨迹优化制导算法,目标是在无人工干预条件下,实时解算最优返程路径,使飞行器能够持续完成“定位—决策—控制”的闭环:既判断“身在何处”,也明确“目标在哪里”,并能在约束条件内给出“下一步怎么飞”。
从2019年布局相关研究到进入飞行试验阶段,团队持续开展算法设计、软硬件一体化实现与试验验证,并在试验后继续推进单机升级与新一轮任务论证,体现出从科研攻关向工程迭代转化的路径。
前景——从全球航天发展趋势看,可重复使用已成为提升发射能力与产业竞争力的重要方向。
随着我国商业航天快速发展,发射需求日益多元,对成本、频次、可靠性提出更高要求。
在线轨迹优化制导等关键技术若能在更多任务中持续验证并形成稳定工程方案,将有望推动回收着陆精度、任务适应性与安全裕度进一步提升,并为未来“航班化”发射奠定基础。
可以预期,下一阶段工作将更强调系统工程:包括在更复杂风场与更高能量条件下的鲁棒性验证、抗辐射与容错设计完善、试验数据对模型的反向校准,以及与发动机再点火、控制执行机构等子系统的协同优化。
随着试验频次增加和工程体系成熟,我国在可重复使用运载技术上的能力边界有望稳步外扩。
从敦煌壁画中的飞天幻想,到今日火箭自主返航的现实突破,中华民族的航天梦想正在新一代科研工作者手中不断延续。
中山大学这项成果不仅填补了国内技术空白,更展现出高校在攻克"卡脖子"关键技术中的独特作用。
随着航天强国建设的持续推进,此类原创性突破将助力我国在全球航天科技竞争中赢得更多话语权,为人类和平利用太空贡献中国智慧。