[科普中国]-航天连续式（模拟式）控制系统

发展历史

航天连续式（模拟式）控制系统是控制航天器轨道和姿态的整套设备。航天器控制包括姿态控制（见航天器姿态控制）和轨道控制（见航天器轨道控制）。早期的人造地球卫星大多采用自旋稳定和重力梯度稳定的被动姿态控制方法。后来逐步演变到采用既有姿态控制能力又有轨道控制能力的主动控制系统。三轴姿态控制系统已在对地观测卫星、通信卫星、载人飞船和航天飞机上成功地应用。阿波罗号飞船登月飞行和航天器之间的交会和对接成功表明航天器的控制技术进入了新阶段。1

主要特点航天器是一个有交叉耦合的多自由度（即多个状态变量）的系统，各种测量值和系统状态又是间接相关的，在系统和测量中存在各种干扰因素。为了解决这些复杂的控制问题，从50年代开始，逐渐建立起一套比较完整的现代控制理论，包括多变量控制、统计滤波、最优控制和随机控制等，从而使航天器控制系统的设计有了理论依据。航天飞机在轨道上释放、回收和修理卫星需要各种机械臂或机器人参加工作。这些装置由航天员操纵，它们自身也都配有相应的控制系统和视觉与力觉反馈系统。航天员在舱外活动时乘坐的机动飞行装置也有一个控制系统，航天员可通过手控喷气推进器来实现空间机动。

未来的航天站将由航天飞机运送各种模块组装而成，有许多设备需要进行控制。航天站上各种挠性体的稳定、站上各种观测仪器的定向控制以及航天飞机与航天站停靠引起的扰动力矩等，要求航天站有一个多级的和分布式的控制系统。航天站的系统结构和控制可以在轨道上经常改变，因此它的控制系统必须具有自适应的能力。航天站在释放和回收航天器时，这些航天器的控制必须与航天站的控制互相协调，使航天站受到的扰动最小。

在星际航行中，将要求航天器具有更强的自主性（即不依赖于地面）、更高精度和自动维修能力的控制系统。1

系统集成在航天控制领域中的发展方向采用系统集成等先进的技术，可以改善诸如精度、可靠性、机动性等方面指标，大幅度提高产品的性能。进入21世纪，我国航天科技面临着技术创新、强大国防的重大责任，对于航天控制技术等重点专业发展提出了更高更急迫的需求，以系统集成技术为核心的新技术浪潮，推动着航天控制技术与信息技术的融合。

天空地信息一体化系统集成技术航天控制系统主要通过天基、空基和地基等系统的测量信息，对航天飞行器进行控制，以提高将有效载荷送到预定轨道或者预定目标的精度。由于地基系统、空基系统及天基系统中的信息是完全自治的，其信息格式、信息的语义等方面都存在着差异，为了实现测控信息的融合并产生有意义的信息，必须将这些异构信息进行集成，生成统一的信息格式，并消除不同信息之间的冲突。另一方面，还要解决集成后的综合信息分发问题。天空地一体化的关键在于各类天基、空基和地基测控手段的集成与融合，主要包括天空地信息集成系统的体系结构、空间探测信息的交换格式与统一表示问题、天空地信息集成环境中的高效信息查询处理以及集成信息的近实时分发等关键技术。

开展天空地信息一体化系统集成技术研究，旨在利用天基综合信息网的信息资源以及相应的制导控制技术，解决在天基信息系统支持下导弹武器的精确制导与控制及导弹武器体系的闭环控制等问题，实现精确制导导弹在飞行途中的远程诸元装订和途中改变目标、远程精确打击以及快速响应发射控制、打击精度和效果实时评估等，提升精确制导武器在联合作战态势下的智能化、信息化、网络化以及生存、突防等能力和武器的综合作战效能。

主要研究内容：基于天基信息支持的导弹精确打击体系的总体技术；目标重装与制导技术惯性/卫星/链路仿真系统设计技术；信息集成与对抗及智能信息融合技术；多模协同制导技术；弹载信息链技术等。1

飞行器控制系统集成传统的飞行器控制系统包括计算机（中央处理机构）、惯组/速率陀螺（敏感机构）、导引头（制导机构）、舵机或喷管（伺服机构）、电池（动力机构） 、发动机（推进机构）等组成部分，通过总线或者独立的电缆完成系统搭建。随着对飞行器集成化、小型化、高可靠、低成本等要求的 提 高，整个控制系统的集成设计工作势在必行。针对飞行器结构特点不同，飞行器控制系统集成主要可分为两种。

一种，是主要针对多级运载火箭或者大型飞行器。这种飞行器各级仪器仓相距比较远，飞行器无法将所有功能集成到同一个芯片或者设备内部。根据功能和信号特性对所有设备进行划分，将某些可以合并的设备集成到一个设备内，仪器设备之间通过高速的总线相连接，成为提高该类型飞行器系统集成的一种可行策略。

另一种，是针对微小型飞行器。飞行器的惯组、伺服机构、导引头、电池、发动机等都可以通过MEMS-IMU、MEMS执行器/作动器、MEMS非制冷红外传感、MEMS动力能量装置以及MEMS推进系统替代，并集成到SoC或一个设备中去，进一步缩小控制系统体积。

主要研究内容：分布式控制系统总体设计技术；高密度控制系统总体集成设计技术；高密度控制系统箭测和地测总体设计技术；基于1553B、光纤通路（ Fiber Channel ）的高速高可靠通信链路设计技术；MEMS微小型器件设计、仿真、集成与验证技术等。1