[發(fā)明專(zhuān)利]一種適用于可回收運(yùn)載火箭的低成本電氣系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910786612.0
• 申請(qǐng)日: 2019-08-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110515296A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京深藍(lán)航天科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B9/03
• 分類(lèi)號(hào): G05B9/03
• 代理公司: 11551 北京鼎承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 田恩濤;柯宏達(dá)<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>

本公開(kāi)提供了一種可回收運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)，包括多級(jí)系統(tǒng)，每級(jí)系統(tǒng)均包括第一總線、第二總線、若干節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均同時(shí)與第一總線、第二總線連接；相鄰兩級(jí)系統(tǒng)的第一總線經(jīng)由分離連接器相互連接；相鄰兩級(jí)系統(tǒng)的第二總線經(jīng)由分離連接器相互連接；各節(jié)點(diǎn)之間以固定時(shí)間間隔進(jìn)行同步數(shù)據(jù)交換。每個(gè)節(jié)點(diǎn)均可連接獨(dú)立的主站，備用的主站檢測(cè)到主站丟失，可啟動(dòng)以便接管控制，實(shí)現(xiàn)分離后，各部分依然可以獨(dú)立完成工作，從而為分離后火箭的回收提供條件。本公開(kāi)還提供了一種使用該電氣系統(tǒng)的運(yùn)載火箭。該系統(tǒng)架構(gòu)不僅具有高帶寬、高實(shí)時(shí)、高可靠、易擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)，而且總線支持主站在線切換，移植方便、配置簡(jiǎn)單靈活，非常適合回收體制火箭電氣系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及運(yùn)載火箭領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于可回收運(yùn)載火箭的低成本電氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)

運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)是運(yùn)載火箭的核心系統(tǒng)，負(fù)責(zé)運(yùn)載火箭信號(hào)采集、姿態(tài)控制、時(shí)序指令開(kāi)出、控制指令執(zhí)行等，需要滿足可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等要求。電氣系統(tǒng)架構(gòu)直接影響運(yùn)載火箭的綜合性能和可靠性。

目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)役運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)均為不可回收架構(gòu)，電氣系統(tǒng)多采用無(wú)總線體制或雙冗余1553B總線體制，導(dǎo)航裝置、箭上計(jì)算機(jī)均安裝在上面級(jí)，采用一次性銀鋅電池或熱電池供電，電氣控制系統(tǒng)和電氣測(cè)量系統(tǒng)相互獨(dú)立，火箭下面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后與上面級(jí)分離，下面級(jí)分離后無(wú)控狀態(tài)下落。

以國(guó)內(nèi)某現(xiàn)役運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)為例，其電氣系統(tǒng)包含控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)。控制系統(tǒng)采用1553B總線體制，箭上計(jì)算機(jī)作為控制核心，完成導(dǎo)航、制導(dǎo)和姿態(tài)控制方程運(yùn)算和1553B總線管理，各級(jí)配置配電器和伺服控制器用于供配電和伺服機(jī)構(gòu)控制。測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)RS422接口接收控制系統(tǒng)數(shù)字量遙測(cè)信息，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的采編模塊收集各級(jí)的非數(shù)字量信息及總體環(huán)境參數(shù)。

由于國(guó)內(nèi)現(xiàn)役主流運(yùn)載火箭均不可回收，因此電氣系統(tǒng)架構(gòu)也不支持可回收重復(fù)使用。雖然新型運(yùn)載火箭采用1553B總線體制，電氣系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)、質(zhì)量減輕、箭地接口減少，但由于國(guó)內(nèi)運(yùn)載火箭電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)重視可靠性、忽視經(jīng)濟(jì)性，因此成本依然較高。

國(guó)外運(yùn)載火箭種類(lèi)較多，電氣系統(tǒng)采用的架構(gòu)各具特色。日本三菱公司H-2A運(yùn)載火箭為捆綁式兩級(jí)火箭，全長(zhǎng)53米，直徑4m，其電氣系統(tǒng)采用集成化設(shè)計(jì)，電氣系統(tǒng)采用兩條1553B總線，其中一條1553B總線用于一級(jí)的箭載計(jì)算機(jī)和二級(jí)的箭載計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)、控制指令和時(shí)序等通信，另一條1553B總線用于二級(jí)的箭載計(jì)算機(jī)與慣性測(cè)量單元通信，用于慣性測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸。H-2A運(yùn)載火箭采用1553B總線方式提高了系統(tǒng)可靠性，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，但1553B總線成本較高，電氣系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性不足，且不具備可回收功能。

美國(guó)SpaceX公司在可回收運(yùn)載火箭上起步較早，是當(dāng)前世界商業(yè)發(fā)射最知名的公司，也是當(dāng)前世界唯一實(shí)現(xiàn)火箭回收復(fù)用的公司，其獵鷹9重型火箭多次對(duì)一級(jí)進(jìn)行回收，但公布的電氣系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)資料較少，根據(jù)有限的資料看出，獵鷹火箭使用了三冗余箭機(jī)，總線使用交換式冗余網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，火箭主要通過(guò)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，一臺(tái)是飛行控制計(jì)算機(jī)，位于二級(jí)上部的儀器艙內(nèi)，另一臺(tái)是發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)，安裝在一級(jí)。飛行控制計(jì)算機(jī)與地面控制系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接，簡(jiǎn)化了火箭所需的硬件和軟件。獵鷹9重型火箭具有較好的經(jīng)濟(jì)性，助推級(jí)、芯級(jí)均可實(shí)現(xiàn)回收復(fù)用，由于公布資料較少，其電氣系統(tǒng)具體總線架構(gòu)與組成情況外界尚不確切了解。

目前，現(xiàn)有技術(shù)普遍存在以下技術(shù)問(wèn)題：

1)可回收架構(gòu)總線體制：傳統(tǒng)箭上電氣系統(tǒng)1553B總線為一主多從式，下面級(jí)分離后由于不能實(shí)現(xiàn)總線控制權(quán)接管，導(dǎo)致從總線體制上無(wú)法實(shí)現(xiàn)自主控制，此外1553B總線通訊速率為1Mbps/s，對(duì)于箭上設(shè)備組成復(fù)雜、通訊數(shù)據(jù)量大的應(yīng)用場(chǎng)景，其總線帶寬不能滿足。

2)架構(gòu)組成：傳統(tǒng)箭上電氣系統(tǒng)的飛行控制器和組合導(dǎo)航裝置均位于上面級(jí)儀器艙，是整個(gè)火箭的控制核心，下面級(jí)不配備飛行控制器和組合導(dǎo)航裝置，電池從上面級(jí)向下面級(jí)供電，這種架構(gòu)組成無(wú)法滿足可回收運(yùn)載火箭下面級(jí)回收飛行控制、用電需求。