鄒雪梅，陳險(xiǎn)峰，邢錦江，劉 勇，趙煥洲

（北京航天飛行控制中心，北京100094）

交會(huì)對(duì)接任務(wù)兩目標(biāo)協(xié)同控制技術(shù)研究

鄒雪梅，陳險(xiǎn)峰，邢錦江，劉 勇，趙煥洲

（北京航天飛行控制中心，北京100094）

在載人航天工程交會(huì)對(duì)接任務(wù)階段，北京航天飛行控制中心首次實(shí)現(xiàn)了真正意義上的兩目標(biāo)協(xié)同控制，完成了協(xié)同體系構(gòu)建、協(xié)同模式研究、協(xié)同技術(shù)攻關(guān)、協(xié)同方案設(shè)計(jì)、協(xié)同系統(tǒng)研制的完整技術(shù)演進(jìn)過程。本文主要目標(biāo)是對(duì)交會(huì)對(duì)接任務(wù)北京中心的兩目標(biāo)協(xié)同控制技術(shù)研究成果進(jìn)行總結(jié)，主要涉及在交會(huì)對(duì)接任務(wù)協(xié)同控制技術(shù)體系構(gòu)建、兩目標(biāo)關(guān)聯(lián)計(jì)劃工作模式、兩目標(biāo)注入安排協(xié)同設(shè)計(jì)與實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)與不足，通過對(duì)協(xié)同系統(tǒng)在交會(huì)對(duì)接任務(wù)中的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用情況，分析交會(huì)對(duì)接任務(wù)在協(xié)同自動(dòng)化手段方面的成果和后續(xù)改進(jìn)完善方向，為后續(xù)空間站任務(wù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的多目標(biāo)協(xié)同控制體系積累經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

載人航天工程；交會(huì)對(duì)接；協(xié)同；控制

1 引言

空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)是當(dāng)今航天領(lǐng)域最為復(fù)雜的技術(shù)之一，也是空間站建造必須突破的關(guān)鍵技術(shù)，交會(huì)對(duì)接地面飛行控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于天地協(xié)同配合控制更加復(fù)雜：一是兩目標(biāo)高時(shí)效性精確協(xié)同控制比單目標(biāo)控制更加復(fù)雜；二是航天員在軌重大任務(wù)天地協(xié)同更加復(fù)雜［1?3］。

國外交會(huì)對(duì)接地面飛行控制技術(shù)經(jīng)過四十余載發(fā)展、數(shù)百次交會(huì)對(duì)接任務(wù)實(shí)踐，已經(jīng)形成了適應(yīng)國際空間站多國合作、長期運(yùn)營管理的分布式協(xié)同控制體系，以及分層任務(wù)規(guī)劃、航天器故障診斷與健康管理等飛行控制技術(shù)。

本文立足于北京航天飛控中心交會(huì)對(duì)接飛控實(shí)踐，總結(jié)了交會(huì)對(duì)接飛行控制系列關(guān)鍵技術(shù)，文章從空間兩目標(biāo)強(qiáng)約束情況下協(xié)同飛控體系建立，獨(dú)立控制、分層協(xié)同的協(xié)同飛控模式設(shè)計(jì)出發(fā)，介紹了基于動(dòng)態(tài)組裝、應(yīng)急重構(gòu)的兩目標(biāo)關(guān)聯(lián)規(guī)劃技術(shù)；基于狀態(tài)的兩目標(biāo)協(xié)同上行控制及數(shù)據(jù)注入動(dòng)態(tài)規(guī)劃技術(shù)；以及基于專家規(guī)則生成、基于實(shí)時(shí)狀態(tài)流更新的協(xié)同工作程序生成、更新技術(shù)。最后根據(jù)三次交會(huì)對(duì)接任務(wù)實(shí)際應(yīng)用情況，指出了不足及后續(xù)改進(jìn)完善方向［4］。

2 協(xié)同飛控體系及模式設(shè)計(jì)

2.1 協(xié)同飛控體系

協(xié)同飛控技術(shù)體系按層次化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，共包括天地基測(cè)控資源綜合配置（Integrated Tracking Resource Configuration Layer）、跨平臺(tái)飛控?cái)?shù)據(jù)綜合處理（Integrated Data Processing Layer）、兩目標(biāo)關(guān)聯(lián)飛行控制（Coorunated Mission Control Layer）、兩目標(biāo)飛行控制協(xié)同實(shí)施（Coodinated Operation Collaborating Layer）四個(gè)層次［5，6］。

層次化的飛控體系在不同的飛控平臺(tái)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互處理，對(duì)不同的目標(biāo)建立關(guān)聯(lián)控制機(jī)制。既能夠?yàn)閱稳蝿?wù)單目標(biāo)提供獨(dú)立飛控支持，又滿足多任務(wù)多目標(biāo)的協(xié)同飛控需要。

2.2 協(xié)同飛控模式設(shè)計(jì)

交會(huì)對(duì)接協(xié)同飛控模式以單目標(biāo)控制作為基礎(chǔ)，在多目標(biāo)并行控制的情況下，從任務(wù)規(guī)劃、測(cè)控資源、上行控制、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)判斷、在軌關(guān)鍵控制六個(gè)方面分別研究協(xié)同控制機(jī)制。

在任務(wù)實(shí)施過程中，根據(jù)協(xié)同飛控機(jī)制，飛行控制既能夠保持相對(duì)獨(dú)立、密切配合，又保證決策指揮集中統(tǒng)一，各系統(tǒng)各崗位間監(jiān)視、判斷、報(bào)告、處置快速高效。

圖1 協(xié)同工作體系圖Fig.1 Structure of coordination operation

3 協(xié)同飛控技術(shù)研究

3.1 兩目標(biāo)關(guān)聯(lián)規(guī)劃技術(shù)

3.1.1 兩目標(biāo)關(guān)聯(lián)計(jì)劃工作模式

兩目標(biāo)關(guān)聯(lián)計(jì)劃工作模式的基本原則是兩目標(biāo)計(jì)劃統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一生成、分類輸出、獨(dú)立實(shí)施。

在交會(huì)對(duì)接過程中，載人飛船與目標(biāo)飛行器之間存在著狀態(tài)相關(guān)和時(shí)序相關(guān)的關(guān)聯(lián)控制，我們將兩目標(biāo)的飛行程序分解為彼此獨(dú)立的飛控過程，每一個(gè)飛控過程由兩目標(biāo)具體的程控指令、GNC指令、遙控指令、航天員手控指令和航天員關(guān)鍵平臺(tái)操作構(gòu)成，在統(tǒng)一的時(shí)間軸上，面向飛控過程，利用自身的約束條件，也可利用對(duì)方的約束條件，合理安排各個(gè)飛控過程，給出其實(shí)施的約束條件和關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成兩目標(biāo)統(tǒng)一標(biāo)稱計(jì)劃［7，8］。

任務(wù)實(shí)施過程中，根據(jù)兩目標(biāo)統(tǒng)一標(biāo)稱計(jì)劃，結(jié)合軌道預(yù)報(bào)、控制參數(shù)、測(cè)控網(wǎng)配置等，統(tǒng)一生成兩目標(biāo)計(jì)劃，得到兩目標(biāo)各類指令序列和操作序列，按照目標(biāo)屬性分類輸出后，由兩個(gè)飛控系統(tǒng)分別面向各自的目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

這種設(shè)計(jì)方式確保了各類指令之間、指令與航天員操作之間、兩目標(biāo)之間控制動(dòng)作和狀態(tài)的協(xié)調(diào)和匹配，有利于計(jì)劃沖突的發(fā)現(xiàn)與消解，解決了不同發(fā)射窗口使用共同的標(biāo)稱計(jì)劃問題，解決了以往任務(wù)中“標(biāo)稱計(jì)劃海洋”問題，有效提高了任務(wù)準(zhǔn)備和實(shí)施的效率和可靠性。

3.1.2 兩目標(biāo)計(jì)劃動(dòng)態(tài)組裝技術(shù)

按照兩目標(biāo)飛控實(shí)施的需求將交會(huì)對(duì)接任務(wù)過程按照任務(wù)階段（Phase Layer）、控制過程（Process Layer）、指令模塊（Module Layer）、單指令（Dictate Layer）逐層分解，面向飛控階段和控制過程設(shè)計(jì)若干標(biāo)稱計(jì)劃模塊和指令模塊，任務(wù)實(shí)施過程中根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)組裝，實(shí)現(xiàn)了正常和應(yīng)急交會(huì)對(duì)接和撤離兩目標(biāo)測(cè)控計(jì)劃面向任務(wù)實(shí)時(shí)狀態(tài)的快速設(shè)計(jì)與實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了各天返回主副場(chǎng)、緊急返回和手控半自動(dòng)返回測(cè)控計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與實(shí)施，在確?？煽啃缘那疤嵯绿嵘嗣嫦驈?fù)雜飛控過程計(jì)劃設(shè)計(jì)與實(shí)施的靈活性。

3.1.3 兩目標(biāo)計(jì)劃應(yīng)急在軌重構(gòu)技術(shù)

針對(duì)遠(yuǎn)距離導(dǎo)引軌控應(yīng)急、推遲對(duì)接、推遲撤離、手控對(duì)接、手控撤離、在軌試驗(yàn)調(diào)整等各類型的應(yīng)急控制分支，設(shè)計(jì)了基于飛控狀態(tài)判斷的應(yīng)急測(cè)控計(jì)劃分支。

圖2 計(jì)劃動(dòng)態(tài)組裝示意圖Fig.2 Dynamic assemble of mission planning

針對(duì)自主控制段5 km、400 m和140 m停泊點(diǎn)保持時(shí)間累計(jì)延長不超過5分40秒，仍在當(dāng)圈對(duì)接的需求，設(shè)計(jì)了基于實(shí)時(shí)狀態(tài)調(diào)整當(dāng)前計(jì)劃的策略，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)調(diào)整當(dāng)前控制指令序列，并解決了動(dòng)態(tài)的對(duì)接指令序列與靜態(tài)的入出測(cè)控區(qū)指令序列的沖突問題，能夠在12分鐘以內(nèi)完成狀態(tài)判斷、計(jì)劃調(diào)整、注入數(shù)據(jù)生成、確認(rèn)與實(shí)施，確保飛船在當(dāng)圈完成對(duì)接。

通過在任務(wù)實(shí)施過程中快速引入應(yīng)急分支和實(shí)時(shí)調(diào)整策略，構(gòu)建了滿足應(yīng)急狀態(tài)的兩目標(biāo)測(cè)控計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了兩目標(biāo)計(jì)劃應(yīng)急在軌快速重構(gòu)。3.1.4 兩目標(biāo)測(cè)控資源綜合規(guī)劃技術(shù)

根據(jù)兩個(gè)目標(biāo)對(duì)測(cè)控資源的需求，按照控制目標(biāo)分階段綜合配置測(cè)控資源的使用計(jì)劃和模式（單目標(biāo)跟蹤、分時(shí)跟蹤、分別跟蹤、雙目標(biāo)跟蹤），在優(yōu)先使用默認(rèn)的資源配置的基礎(chǔ)上，根據(jù)跟蹤弧段的實(shí)際分布和飛控需求變化動(dòng)態(tài)配置各個(gè)目標(biāo)的測(cè)控資源。

根據(jù)兩目標(biāo)在入出地基測(cè)控區(qū)、中繼測(cè)控區(qū)和天地聯(lián)合測(cè)控區(qū)時(shí)不同的控制需求，整合零散的地基和天基測(cè)控弧段，綜合規(guī)劃跟蹤弧段，實(shí)現(xiàn)了天地基測(cè)控資源的一體化使用，在確保兩個(gè)目標(biāo)配置可靠的測(cè)控資源使用的前提下，最大程度的優(yōu)化測(cè)控資源使用效率。

由于兩目標(biāo)在任務(wù)各階段有著不同的測(cè)控網(wǎng)配置，且難以保障全網(wǎng)參與任務(wù)，測(cè)控資源配置存在不確定性。為確保地基測(cè)控網(wǎng)上行控制弧段的連續(xù)性，最大程度的優(yōu)化地基測(cè)控資源，實(shí)現(xiàn)了測(cè)控點(diǎn)頻動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)，在優(yōu)先使用測(cè)控總體規(guī)定的點(diǎn)頻基礎(chǔ)上，任務(wù)中可根據(jù)跟蹤弧段的實(shí)際分布動(dòng)態(tài)調(diào)整各測(cè)控站的點(diǎn)頻。

3.2 兩目標(biāo)同步關(guān)聯(lián)上行控制技術(shù)

3.2.1 數(shù)據(jù)注入動(dòng)態(tài)規(guī)劃技術(shù)

遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段飛船每隔3到5圈進(jìn)行一次控制，為確保軌道精度，每次控制后都必須進(jìn)行2圈左右的測(cè)軌，留給地面軌道確定、控制參數(shù)計(jì)算與復(fù)核比對(duì)、飛控計(jì)劃和注入數(shù)據(jù)生成會(huì)簽及注入實(shí)施的時(shí)間極其有限。同時(shí)，這個(gè)時(shí)段圍繞軌道控制還存在108種應(yīng)急控制分支，每種應(yīng)急分支中軌道控制的頻度與正常相同。針對(duì)這些需求，我們通過兩種方式來解決。

（1）注入數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃

圍繞遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段以軌道控制為核心的控制需求，設(shè)計(jì)了注入數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，對(duì)飛行程序注入內(nèi)容覆蓋區(qū)間、注入弧段選擇、注入實(shí)施周期、注入支持資源的規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)則和調(diào)整策略進(jìn)行量化描述，通過該算法對(duì)兩個(gè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)注入進(jìn)行動(dòng)態(tài)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，同時(shí)在任務(wù)實(shí)施過程中根據(jù)實(shí)際需求變化進(jìn)行統(tǒng)一的優(yōu)化和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了注入實(shí)施所需的定軌資源和注入資源的同步和最優(yōu)使用，解決了遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段高頻度軌道控制情況下兩類資源高度競爭的工程難題。

（2）應(yīng)急注入規(guī)則化技術(shù)

在注入數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的基礎(chǔ)上，研究這種將工程任務(wù)定量化、規(guī)則化描述和實(shí)施的技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展和提升，使其能夠在任務(wù)全程特別是在復(fù)雜的應(yīng)急分之情況下實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，即：將交會(huì)對(duì)接任務(wù)全程的應(yīng)急控制分支按照其注入需求進(jìn)行分類，按照各分支類型注入需求和測(cè)控支持條件分析、提煉注入實(shí)施規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了使用簡單規(guī)則對(duì)復(fù)雜應(yīng)急分支中注入數(shù)據(jù)需求和實(shí)施要求的完整描述。在覆蓋各分支注入需求和實(shí)施要求的基礎(chǔ)上，分析各個(gè)應(yīng)急分支間的嵌套和交叉覆蓋邏輯關(guān)系，設(shè)計(jì)適用多個(gè)應(yīng)急分支子階段的子規(guī)則進(jìn)行復(fù)用，使注入規(guī)則在保證適用性的前提下最大限度的提高靈活性，任務(wù)中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3.2.2 基于狀態(tài)的兩目標(biāo)協(xié)同上行控制

飛船自主控制段，地面需在極短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確判斷飛船和目標(biāo)飛行器當(dāng)前狀態(tài)，并實(shí)施遙控發(fā)令。140米接近過程中，當(dāng)兩飛行器質(zhì)心相對(duì)距離在280～260 m時(shí)，須先判發(fā)天宮TK41（目標(biāo)空空通信切換小功率）指令，后向飛船發(fā)送K353（空空通信機(jī)切小功率）指令。

為此，我們將實(shí)時(shí)狀態(tài)信息引入到上行控制中來，形成一個(gè)完整的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)。通過在兩個(gè)目標(biāo)上行控制平臺(tái)間建立上行控制信息流和控制流協(xié)同機(jī)制（Upward Control Coordinating）（信息流（Coordination Information）完成上行控制的前提條件和執(zhí)行效果判斷，控制流決定控制走向，信息流和控制流可由軟件自動(dòng)和人為干預(yù)兩種方式進(jìn)行調(diào)整），實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的兩目標(biāo)協(xié)同上行控制［8］。

圖3 基于狀態(tài)的兩目標(biāo)協(xié)同上行控制示意圖Fig.3 State?based coordination control of two spacecraft

3.3 兩目標(biāo)狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)與故障診斷

3.3.1 兩目標(biāo)多源遙測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)綜合選優(yōu)

基于對(duì)測(cè)控網(wǎng)跟蹤計(jì)劃的獲取和識(shí)別，同時(shí)引入部分成熟的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，對(duì)兩目標(biāo)的多源遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合選優(yōu)處理，有效避免了實(shí)時(shí)任務(wù)中進(jìn)出站、過頂?shù)惹闆r下遙測(cè)跳變對(duì)狀態(tài)監(jiān)視的影響。通過大量遙測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)延分析和精確的抖動(dòng)補(bǔ)償模型設(shè)計(jì)，解決了延時(shí)或事后數(shù)據(jù)綜合選優(yōu)過程中數(shù)據(jù)時(shí)序的精確匹配難題［9］。

3.3.2 關(guān)聯(lián)故障聯(lián)合診斷與同步處置

對(duì)于涉及飛船和目標(biāo)飛行器兩個(gè)目標(biāo)狀態(tài)和處置需求的關(guān)聯(lián)故障模式，對(duì)此類關(guān)聯(lián)故障設(shè)計(jì)了“聯(lián)合診斷、同步處置”的飛控模式，即分別在兩個(gè)目標(biāo)故障診斷平臺(tái)上引入兩目標(biāo)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息進(jìn)行診斷，按照事先確定的協(xié)同關(guān)系進(jìn)行同步的故障處置，使關(guān)聯(lián)故障的診斷和處置流程在規(guī)避沖突的前提下達(dá)到效率最優(yōu)。

3.4 兩目標(biāo)動(dòng)態(tài)協(xié)同工作程序技術(shù)

3.4.1 基于專家規(guī)則的協(xié)同程序生成技術(shù)

交會(huì)對(duì)接任務(wù)中，我們實(shí)現(xiàn)了兩目標(biāo)動(dòng)態(tài)協(xié)同程序設(shè)計(jì)，用以指導(dǎo)控制中心、調(diào)度指揮、飛控專家、載荷專家以及航天員、飛船以及測(cè)控站（船）乃至測(cè)控網(wǎng)的協(xié)同工作關(guān)系。

由專家制定規(guī)則，形成協(xié)同工作規(guī)劃所需的規(guī)則庫（Specialist Rule Library）。其中，每條規(guī)則都帶有一組可填參數(shù)。規(guī)則的一些參數(shù)指定了“可能發(fā)生什么”，而另一些參數(shù)指定了“如何處理”。

依據(jù)這些參數(shù)來定義飛控協(xié)同策略，通過輸入飛控模式狀態(tài)和任務(wù)狀態(tài)信息（Actual Mission States），協(xié)同自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)器（Collaborating Procedure Server）計(jì)算并更新協(xié)同程序事件序列，實(shí)現(xiàn)了基于專家規(guī)則的協(xié)同程序的快速生成和快速更新（Releasing）。

3.4.2 基于狀態(tài)流的協(xié)同程序?qū)崟r(shí)更新技術(shù)

根據(jù)對(duì)時(shí)間的敏感性的不同，可將任務(wù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式。

按照離散馬爾科夫模型，靜態(tài)形式有局限性，它難以描述更復(fù)雜的任務(wù)狀態(tài)和關(guān)聯(lián)關(guān)系，特別是關(guān)于時(shí)間連續(xù)變化的任務(wù)狀態(tài)變量（如軌道參數(shù)），因其假定主要特征不隨時(shí)間變化，不適合狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)變化的航天任務(wù)。因此，我們制定了動(dòng)態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移形式。

同靜態(tài)形式相比，狀態(tài)流中狀態(tài)變量的連續(xù)變化會(huì)引發(fā)顯著的特征變化，并進(jìn)而導(dǎo)致飛控指令隨其變化。同樣，任務(wù)狀態(tài)與飛控活動(dòng)共同決定了各轉(zhuǎn)移發(fā)生的概率，首要的飛控目標(biāo)是最優(yōu)終態(tài)F的達(dá)成。動(dòng)態(tài)形式可比靜態(tài)形式涵蓋更為廣泛和復(fù)雜的任務(wù)狀態(tài)，適用于更復(fù)雜的任務(wù)，如短期載人飛行以及交會(huì)對(duì)接等。動(dòng)態(tài)形式強(qiáng)調(diào)了時(shí)間相關(guān)變量所可能導(dǎo)致的任務(wù)狀態(tài)變化，它繼承于離散馬爾科夫模型，是靜態(tài)形式的推廣。

基于狀態(tài)流制定兩目標(biāo)協(xié)同策略，引入兩目標(biāo)程控指令計(jì)劃、遙控指令計(jì)劃、航天員手控指令計(jì)劃、測(cè)控條件以及故障模式等，作為協(xié)同程序設(shè)計(jì)的基本要素，以這些基礎(chǔ)要素為核心設(shè)計(jì)約束在其上的流程化協(xié)同操作內(nèi)容。

圖4 協(xié)同自動(dòng)化生成示意圖Fig.4 State?based coordination control of two spacecraft

3.4.3 基于專業(yè)支持模式的手控對(duì)接天地協(xié)同機(jī)制

在航天員手控對(duì)接、手控撤離的操作控制過程中，航天員需發(fā)送近40條手控指令，地面需對(duì)20個(gè)關(guān)鍵狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)接實(shí)施過程中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的評(píng)估放行、對(duì)航天員的專業(yè)支持以及故障情況下的應(yīng)急處置，都需要航天員、飛船和地面飛控等多個(gè)系統(tǒng)密切協(xié)同配合，協(xié)同匹配的時(shí)間精度要求在10秒量級(jí)。

設(shè)計(jì)了“集中指揮、會(huì)商決策、分布支持”的手控對(duì)接專業(yè)支持模式，在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合測(cè)控條件和確認(rèn)時(shí)間等多種因素設(shè)置多個(gè)關(guān)鍵確認(rèn)點(diǎn)，按照確認(rèn)點(diǎn)時(shí)間約束的方式設(shè)計(jì)協(xié)同程序關(guān)鍵事件、確認(rèn)節(jié)點(diǎn)和協(xié)同流程，實(shí)現(xiàn)了基于兩目標(biāo)狀態(tài)的手控對(duì)接天地協(xié)同實(shí)施。

4 應(yīng)用情況及不足

前述協(xié)同飛控體系、協(xié)同飛控模式及協(xié)同飛控技術(shù)在神舟八號(hào)、神舟九號(hào)、神舟十號(hào)與天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接任務(wù)準(zhǔn)備及任務(wù)實(shí)施過程中得到了充分應(yīng)用，很好的解決了兩目標(biāo)強(qiáng)約束下協(xié)同飛行控制問題，確保了兩目標(biāo)及天地復(fù)雜協(xié)同的精準(zhǔn)實(shí)施。

隨著任務(wù)周期增長，尤其是空間站任務(wù)長期運(yùn)營管理，現(xiàn)有的任務(wù)規(guī)劃人工設(shè)計(jì)工作量大、故障診斷缺乏飛行器全面健康狀態(tài)管理等矛盾將會(huì)凸顯。后續(xù)需要在基于規(guī)則和狀態(tài)的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)、結(jié)合了在軌維修、健康管理的故障診斷技術(shù)方面進(jìn)行進(jìn)一步深入研究［10，11］。

5 結(jié)論

1）采用兩目標(biāo)相對(duì)獨(dú)立控制下的協(xié)同飛控模式，有力保障了任務(wù)實(shí)施與任務(wù)準(zhǔn)備并行情況下，天宮一號(hào)飛行控制、飛船飛控平臺(tái)的適應(yīng)性改造、各階段聯(lián)調(diào)聯(lián)試的正常實(shí)施。

2）兩目標(biāo)關(guān)聯(lián)任務(wù)規(guī)劃采用“統(tǒng)一規(guī)劃，獨(dú)立實(shí)施”的工作模式，支持飛行計(jì)劃功能模塊在軌動(dòng)態(tài)組裝及飛行程序指令級(jí)的在軌應(yīng)急重構(gòu)，確保了兩目標(biāo)控制的協(xié)調(diào)性，并具有較強(qiáng)的應(yīng)急能力。

3）同步關(guān)聯(lián)上行控制技術(shù)、狀態(tài)綜合檢測(cè)與故障診斷技術(shù)滿足了高時(shí)效性要求下兩目標(biāo)同步上行控制、綜合狀態(tài)監(jiān)測(cè)的要求。

4）協(xié)同自動(dòng)化方面采用基于專家規(guī)則生成及基于任務(wù)狀態(tài)流更新的技術(shù)，減少了70%協(xié)同程序人工編排工作量，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)更新、決策支持。

［1］ 唐國金，王華，羅亞中，等.空間交會(huì)對(duì)接的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)［C］／／2006年國防科技前沿發(fā)展論壇.2006.

［2］ 張淵.載人飛船飛行控制技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［3］ 朱仁璋.航天器交會(huì)對(duì)接技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007.

［4］ Fehse W.Automated Rendezvous and Docking of Spacecrft［M］.London：Cambridge University Press，2003.

［5］ NASA.International Space Station Concept of Operational and Utilization［C］／／SSP50011.Rev.B，International Space Station Program，NASA?JSC，Houston，1994.

［6］ Anand D K.Introduction to control systems［M］.Elsevier Science Inc.，1984.

［7］ Issermann R.Digital Control systems［M］.Springer?Verlag，Berlin，1981.

［8］ CCSDS.Telecommand，summary of concept and rationale［S］.Technical Report CCSDS 200.0?G?61987.

［9］ CCSDS.Telemetry，summary of concept and rationale［S］. Technical Report CCSDS 100.0?G?11987.

［10］ Fehse W，Ortega G.Operator monitoring and support system for rendezvous and docking［J］.Paper ID：2a004，SpaceOps98：Proceeding，F(xiàn)ifth International Symposium on Space Mission Operations and Ground Data Systems，1998.

［11］ Kaplan M.Modern spacecraft dynamics and control［M］.Wiley and Sons，New York，1976.

Study on Coordination Control Technology in Rendezvous and Docking of Two Spacecrafts

ZOU Xuemei1，CHEN Xianfeng1，XING Jinjiang1，LIU Yong1，ZHAO Huanzhou1
（1.Beijing Aerospace Control Center，Beijing 100094，China）

In the manned Rendezvous and Docking（RVD）mission，Beijing Aerospace Control Center realized coordination control for the first time and the technical evolution was accomplished，including coordination system constructing，mode research，key technology breakthrough，solution design and software and hardware development.This paper focused on the coordination control technology of RVD mission，and summarized the deficiency of coordination system，mission planning system and data upload solution.By reviewing back the implementation of the technology in three RVD missions，experience was accumulated and technical prospect was proposed，which was useful for China′s space station project.

manned space project；rendezvous and docking；coordination；control

V526；V556

A

1674?5825（2014）01?0026?06

2013?10?25；

2013?12?29

鄒雪梅（1974?），女，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹教鞙y(cè)控總體技術(shù)。E?mail：zouxuemei＠org.bacc.cn