中山大学自主研发"智慧大脑"成功引导火箭精准返回 国内首次百公里级高度在线轨迹优化制导飞行试验取得突破

问题——可重复使用火箭“回收难”卡在智能化与不确定性。

随着航天发射需求增长,可重复使用运载器被视为降低成本、提升发射频次的重要方向。

然而,返回与着陆环节受大气密度变化、风场扰动、气动非线性以及可能出现的推进系统异常等因素影响,实际飞行状态与地面预案往往存在偏差。

传统依靠地面提前设定固定轨迹、火箭按程序执行的方式,在复杂再入环境下难以兼顾安全性、精确性与任务弹性,尤其难满足未来高密度发射条件下对落点动态调度与应急处置的需求。

原因——再入阶段“算得出、算得快、算得准”是核心门槛。

再入返回窗口短、速度高、耦合强,制导系统必须在极短时间内完成多次决策并输出控制指令;同时,箭载计算资源、功耗和可靠性约束严格,算法既要具备最优性,又要可在有限硬件上稳定运行。

此次验证飞行中,中山大学“空天智能无人系统”团队与中科宇航技术股份有限公司联合,面向这些约束提出在线轨迹优化闭环制导方案:将复杂优化算法进行并行化与加速改造,使其能在飞行器高速下落的几分钟内持续计算最优轨迹;并将算法集成到采用国产元器件、国产DSP处理器构建的“慎思”二号D箭载计算机上,确保在工程环境下具备实时性与鲁棒性。

影响——从“固定路线”走向“自主应变”,提升返回任务弹性与安全裕度。

据介绍,在“力鸿一号”下降至约70公里高度后,箭载计算机开始接管飞行器返回过程,平均每秒多次基于实时状态更新轨迹解并输出控制指令,在强非线性气动环境与终端约束耦合条件下,依靠栅格舵等气动控制手段实现无动力返回引导,落点精度达到预定目标数百米范围。

其意义不止于一次落点命中,更在于验证了“在线轨迹优化+闭环制导”的工程可用性:当任务要求临时调整着陆点,或系统出现推力下降等非预期工况时,制导系统可在能力范围内自主重构可行轨迹,提升任务完成概率与安全冗余。

这类能力被视为可重复使用运载器一体化制导控制系统的关键组成,与可多次点火、深度变推力的动力系统共同构成回收技术体系的两大支柱。

对策——以工程化验证牵引算法、硬件与系统协同突破。

从公开信息看,此次试验实现国内首次“百公里级高度剖面在线轨迹优化闭环制导飞行”验证。

百公里级高度意味着飞行器从更高的亚轨道顶点再入,速度更快、航程更长、气动热与气动载荷环境更复杂,对算法稳定性、实时性和容错能力提出数量级更高要求。

试验以国产箭载计算平台为载体,把算法性能、系统集成、实时控制与飞行验证贯通起来,体现出以任务牵引推动关键软硬件协同迭代的路径:一方面通过并行化与加速改造提升计算效率,另一方面在国产化硬件上完成闭环验证,为后续规模化应用打下可迁移的工程基础。

前景——支撑“航班化”运营,带动产业链向高可靠、低成本跃升。

面向未来,高频次发射将使着陆场资源调度更趋“机场化”,不同任务、不同气象与不同空域条件下,对落点选择与回收窗口的动态调整将成为常态。

在线制导能力有望与测控、气象、空域管理等要素协同,形成更灵活的回收体系,提高可重复使用运载器的周转效率与经济性。

同时,国产化箭载计算与制导控制技术的突破,也将对高可靠实时计算、飞行控制软件工程、国产器件应用验证等环节形成牵引,促进相关产业链在标准化与工程化层面加速成熟。

下一阶段,围绕更复杂工况、更高可靠性指标、更严格安全边界以及与动力系统、导航系统的深度耦合验证,仍需通过多批次、多场景飞行试验持续积累数据与经验。

从预设程序到自主决策,从固定落点到动态应变,我国航天制导技术正经历革命性跃迁。

此次试验成功不仅填补了国内技术空白,更展现出中国航天人攻坚克难、自主创新的精神风貌。

面向未来,随着关键技术持续突破,中国航天有望在商业航天时代书写新的辉煌篇章,为人类探索太空贡献更多中国智慧和中国方案。