运载火箭一体化综合测控技术研究

新一代运载火箭对测发控系统的自动化、智能化,以及未来产品化的测试数据管理和批量并行测试需求提出了更高的要求,本文以运载火箭地面测控一体化及信息综合管理系统为背景,对火箭的组件、部段级批量并行测试及整箭测发控技术进行了研究,提出了分布式实时综合测控技术,将动力、测量、控制等多个分系统以及部段测试统一到本系统中,对系统数据传输的实时性和可靠性进行了研究。搭建了基于上述新型测发模式的联动试验系统,包括前端分布式节点系统、后端统一测发系统及远端云服务支持管理系统等,对一体化综合测控技术进行了验证。     

集成智能化测试系统技术研究应用

运载火箭集成智能化测试系统是实现快速发射的重要条件,是未来运载火箭在技术上发展的主要方向;对于目前运载火箭测发周期较长、地面测试环节复杂、设备体形庞大、单体数量众多、结构上集成度低等问题,研究了运载火箭集成智能化测试系统在实现快速测发上的应用,从集成、智能、移动与环境适应性方面提出了具体技术实现途径;高速数字总线和BIT箭地一体化综合测试、智能实时判读等技术应用,为实现快速发射创造条件,指出了今后运载火箭快速测试发射技术发展方向。     

BIT技术在运载火箭测试系统中的研究与应用

对BIT技术在运载火箭测试发射控制系统测试领域中的应用进行了研究。从BIT技术的设计原则、设计原理和工作模式等方面进行分析,设计了BIT测试流程并将其应用在运载火箭测试系统中,利用大数据降低了BIT系统虚警率,对于运载火箭测试领域提高测试可靠性,提高故障检测、故障隔离及排除效率对于火箭测发过程具有重要意义。     

运载火箭地面一体化测发控系统设计

现役运载火箭各分系统的测发控系统各自独立,存在资源浪费,兼容性差、信息传递低效等问题;随着测控技术发展和火箭电气系统需求牵引,新一代运载火箭地面测试、发射与控制在通用化、集成化、智能化等方面提出了更高的要求;通过梳理一体化设计的功能,提出一种运载火箭地面测发控系统的体系架构,整合传统运载火箭控制、测量、总控网等分系统的测发控共性需求,在统一供配电、有线测控、无线调制解调、数据处理与分析4个功能层面进行设计,包括系统组成、交互关系、重要单机(软件)的设计及其关键技术应用;该设计在某型号完成了原理性试验和关键技术验证,结果表明系统通用性强、集成度高、信息架构合理高效,能够在确保可靠性安全性的情况下,简化操作、提高效率、降低成本。     

基于安全私有云的虚拟化综合测试平台设计及应用

为了提高运载火箭电气系统综合试验的效率,更好的满足高密度发射的需求,本文基于安全私有云技术设计了一种虚拟化综合测试平台。该平台具有通用的软硬件架构,融合了图形化编辑、自动化测试、数据处理、故障诊断等多个功能,可实现多任务的并行测试。该平台在多型号运载火箭电气系统综合试验中进行了应用,高质量的完成了试验任务,相比于传统测试模式,该平台在测试效率和测试有效性上具有明显的优势。     

运载火箭测发控技术未来发展与展望

工业电子、测试、测控、仪表、大数据、云平台等技术的发展,为运载火箭测发控技术的发展提供了先进的技术途径;运载火箭箭上电气系统一体化设计,火箭快速测发、健康管理、子级独立测试、异地远程测试发射支持等需求,给测发控系统研制及更新换代提出更高的要求;通过对运载火箭地面测控系统供配电、有线测控、无线测控、数传通信、测发控软件5个组成部分的演变及发展方向进行了论证分析,并提出了后续测发控系统技术发展的规划路线;同时结合未来运载火箭的发展需求和目前测发控系统现状提出了测发控系统后续发展的可实施途径;最后提出顶层规范技术路径;从型号牵引转变为装备化研制;规范型谱产品研制、箭上地面同步发展的测发控系统设计新思路;为未来运载火箭测发控系统研制提供方向。     

基于SpringBoot的运载火箭信息交互指挥平台

为满足新一代运载火箭地面测发控系统通用化需求,减少平台研发、测试和维护成本,设计并实现了一种基于SpringBoot的运载火箭信息交互指挥平台,平台集成了信息交互、参数监测、数据判读及存储等功能,为指挥和判读人员提供了一种高效、便捷的工作方式;平台在满足业务需求的基础上,实现了软件自动化和国产化,减少了软件部署、移植的人工成本;经过试验表明该平台能够适应某系列运载火箭测发控系统的测试流程,实现了运载火箭地面数据的监测和判读,为测发控类软件一体化设计提供了一定的参考价值。     

一种高可靠的运载火箭测发控设备

为满足运载火箭对测发控设备的通用化及高可靠的要求,对运载火箭测发控设备的设计方案进行了研究;整体设备采用通用机箱加标准化模块的设计思路,背板采用自定义的机内接口,基于业务信息和管理信息异构的设计思想,通过背板上冗余的CAN总线及RS485总线实现业务和管理信息的分离,以及管理总线对业务总线的异构备份,机箱及标准化模块通过读取背板信息确认当前插槽及模块类型,实现模块的灵活布置,采用模块热备和总线热备两级热备方案,以及自定义的内部通信协议,经过测试实现了测发控设备在各类故障模式下的正常工作,冗余切换延时小于500 ms,该设备已于某新型低温液体运载火箭上成功应用,经过实际应用满足运载火箭测发控系统的要求,后续可应用于其他运载火箭的相关领域。     

基于MSP430的嵌入式环境信息监测系统

设计并实现了具有环境参数采集处理、远程网络传输等功能的嵌入式环境信息远程监测系统.系统由网络传输模块、环境信息采集模块、本地显示模块、单片机控制模块组成.单片机控制模块主要实现嵌入式Web服务和对环境信息数据处理.通过对系统的测试可以看到,这一设计实现了嵌入式Web服务、多机并行访问以及对十年历史监测数据的掉电存储功能.用户可通过网页浏览器访问被监测点的实时数据和报警情况.     

测发控系统方舱结构研究

把航天装备送入空间的快速发射,对测发控系统提出了便捷、移动要求;目前现役运载火箭测发控系统状态是系统复杂、难以移动,已不适应当前航天装备快速送入空间的发展,为此提出一种新型移动式测发控系统方舱结构模式;该模式采取了遵循设备集成原则,通过使用方舱、线缆铺设、人机工程优化等先进设计理念与方法来实现测发控系统快速、可移动的要求,同时解决了该系统原先存在多方面存在的问题;通过长期对系统方舱结构的研究工作,研发出通过采用“设备集成、线缆集中铺设、人机工程优化、方舱结构为平台”等先进技术的新型移动快速测发控系统方舱结构系统,为实现系统快速、可移动要求提供了技术基础;该系统经过工程使用,实现了新一代运载火箭快速简易测发控的目标。     

基于5G的运载火箭无线测发控系统

针对航天发射场智能化快速测发的建设需求,提出了一种应用第五代移动通信技术进行无线测发网络建设的方案,主要解决发射场箭地无线通信覆盖及与公共5G移动通信网的便捷融合,可满足测试数据不小于100Mbps的传输速率,测发指令传输时延小于2ms,传输可靠性小于10^-6,同时支持远程测发及便携式测发的潜在应用需求。无线测发网络采用接入网+承载网+核心网的架构,打造5G-SA独立组网模式的工业现场无线总线,接入网用于航天发射场前后端的无线信号覆盖,承载网及核心网实现数据传输及网络管理,采用网络切片的形式将大带宽传输及测发指令传输的应用需求结合起来。提出了应用无线测发网进行无线测发应用的方案,并开展了性能分析。     

适用于新型运载火箭的快速测试发射技术研究

运载火箭测试发射系统对数据处理能力、数据通信能力的要求越来越高,提高发射效率、缩短测试时间、优化测试流程是航天发射任务长期的需求;为了适应新型运载火箭快速测试发射的需求,提高我国地面测试发射系统整体水平,在借鉴和继承国内外成熟型号地面测试发控系统优秀设计思想的基础上,概要介绍了新型运载火箭测发控网络的特点,提出了一种适用于新型运载火箭地面测试发射系统框架和快速测试发射工艺流程,给出了最少发射条件的建议,为新型运载火箭机动快速发射测试方法和测试流程的制定提供了参考依据。     

适应于组网卫星的数字化及自动化测试技术研究

随着各类卫星星座计划的提出和部署,航天卫星数量的逐步增加,传统的卫星研制模式已逐渐不满足卫星快速发射需求,为缩短卫星研制周期,卫星批量化、自动化测试手段逐渐成为新形势下卫星研制的关键一环。面向当前微小卫星高密度快速组网应用的需求,结合批产化卫星技术特点,研究了一种适用于组网卫星的数字化和自动化测试技术。对卫星综合测试系统架构进行优化,可满足多星批量化及并行测试;在卫星综合测试系统中增加自动化测试功能,可通过在线配置自动化序列实现卫星自动化测试;研发了一种数字卫星仿真测试平台,可用于卫星单机产品齐套前整星功能开发、测试等。克服了传统卫星研制周期长、测试过程数据判读和数据处理难度大以及重复性工作较多的缺陷。     

远程多管火箭动力学研究

对某远程多管火箭发射与控制动力学进行了深入的理论、计算和试验研究,建立了某远程多管火箭刚弹耦合的多体系统发射动力学模型和发射与控制动力学方程．应用多体系统传递矩阵法,实现了对刚柔耦合远程多管火箭振动特性的计算;构造了远程多管火箭增广特征矢量及其正交性条件,实现了对该远程多管火箭动力响应的精确分析．对某远程多管火箭武器振动特性和动力响应的仿真结果得到了试验验证．为提高远程多管火箭密集度和减少试验用弹量奠定了基础。     

基于中标麒麟的测发控类软件一体化设计

针对新形势下,软件研制快速迭代、自动化要求高以及国产化要求,设计并实现了一种跨平台、可复用的测发控类软件一体化设计框架,解决了航天器地面测试工作自动化程度低、人员介入频繁、误操作率高的问题,提高系统自动化程度的同时,满足了软件国产化要求;所提出软件框架具有扩展性强、稳定性高、使用灵活等特点,试验表明软件能够适应大部分航天器地面测试流程,具有跨型号、跨平台使用特性,具有一定的实用和推广价值.     

多管火箭发射系统虚实混合动力学建模与仿真

为减小火箭出管后的初始扰动,运用多体动力学虚实混合建模与仿真技术研究多管火箭的出管姿态。对试验数据进行频谱分析,对关键部件进行结构动态特性分析和模态试验,采用虚实混合建模方法,构建多管火箭发射系统的动力学虚拟样机模型。采用柔性连接Bushing模拟发射系统的弹性特性,经过工程计算获得燃气冲击力并以脉冲形式施加到模型中,研究弹管间隙、质量偏心、推力偏心、发射时序和发射时间间隔等因素对火箭出管姿态的影响。研究结果表明：合理的弹管间隙、质量偏心、发射时序和发射时间间隔可以减小火箭出管后的初始扰动。     

运载火箭箭上电气系统基础架构研究

运载火箭箭上电气系统主要用于完成飞行控制、参数测量以及故障检测等功能;借鉴航空IMA平台和汽车平台的思路,提出了运载火箭电气系统"1+4+N"的架构,其中"1"代表一套通用电气系统平台,"4"代表"综合电子架构+能源管理架构+总线通信架构+软件应用架构"的电气系统基础架构,"N"表示满足基础架构规范要求的各类可扩展组件;文章首先根据我国运载火箭的发展需求和技术特点,分析了电气系统功能划分,并给出了电气系统平台和基础架构的定义,结合国外先进运载火箭的电气系统架构发展现状,分析了运载火箭电气系统平台的各个发展阶段,最后归纳总结了未来运载火箭电气系统总体特征。     

面向液体运载火箭的测发训练系统设计

针对运载火箭测发训练手段落后、单一的现状和运载火箭测发控系统装备化使用需求,突破火箭全真等效技术、交互式电子手册技术(IETM)、测发控故障注入技术等关键技术,基于某型号液体运载火箭构建实战化、实物化测发训练系统,通过岗位人员快速高效的培训考核,达到测发控岗位技术要求,具备运载火箭测发控参试能力,使参试人员由操作型向试验工程型转变,加快人才培养,提高发射场综合试验能力和发射成功率。     

Control system design of flexible-body launch vehicles

Based on a series of H-I launches in Japan, a review of control system designs of expendable launch vehicles is presented in terms of their flexibility. The equations of motion are first formulated for lateral and longitudinal dynamics of a flexible vehicle, after which the aerodynamic loads caused by in-flight atmospheric wind are described in relation to trajectory planning. Included are mode analyses for launch vehicles and time responses to the flight environment. Finally, stability analyses for lateral and longitudinal vibrations of launch vehicles are presented with special emphasis on POGOs.