弹道导弹、航天运载器是依靠液体推进剂或固体推进剂的火箭发动机产生推进力,在制导和控制作用下,把有效载荷送至规定目标、轨道的飞行器。导弹的有效载荷是弹头,航天运载器的有效载荷是卫星或其它空间装置。
弹道导弹由弹头(有效载荷)、弹体结构、动力装置、控制系统、遥测系统等组成。为了保证导弹发射和可靠使用,还需有地面支持设备。测试发射控制系统就是控制系统的地面支持系统,用以检测、监视和发射控制(见图1-1)。
弹道式飞行器的特点是动力装置(发动机)工作阶段结束即主推进力终止后,飞行器(或有效载荷)沿着自由抛物体轨道飞行。飞行轨道位于以主动段终点、目标点与地球中心三点构成的平面内。对于导弹,主动段终点的飞行参数决定了弹头按自由飞行弹道飞至目标的路线;对于运载火箭,主动段终点的飞行参数则决定了与运载火箭分离后的有效载荷进入空间的飞行轨道。在此,主动段的飞行性能对于保证有效载荷任务的实现起着主导的作用。
控制系统的主要任务是:控制飞行器的有效载荷投掷精度,保证弹头落点密集度或空间有效载荷入轨精度符合要求;对飞行器实篪姿态控制,保证在各种条件下的飞行稳定性;在发射前对飞行器进行可靠、准确地检测和操纵发射。
主动段的飞行时间一般较短(战略每弹约2-6min,运载火箭约5—20min),但是飞行器却经受着内外干扰、多种环境条件的恶劣影响,因而往往偏离预计轨道和预计飞行状态。控制系统的作用就是消除或碱小这些干扰和影响的后果,控制导弹(运载火箭)准确、可靠地完成飞行动作,最后飞到目标。为了保证弹(箭)接近预计轨道飞行并能准确交会目标(运载火箭有效载荷的交会目标可视为有效载荷进入空司轨道的入轨点),控制系统必须对飞行器进行轨道调节、姿态保持和控制、动作的有序控制,并提供符合事先规定的主动段终点飞行状态参数,使之当这些参数的组合值与事前规定值相等时,控制发动机关机或抛射有效载荷。
飞行器控制功熊的实现涉及导航、姿态控制、制导和电子综合等方面,它们构成了飞行控制系统的硬、软件内容。实现飞行控制系统功能可以采用自主式或组合式。自主式控制系统是敏感(测量)器件、控制装置在飞行器上,不需要飞行器以外的设备或测量参照信息主动配合,而依靠飞行控制系统自身来实现导航,制导和姿态控制等功能。惯性制导是一种自主式制导。组合式控制系统是利用飞行器上的惯性器件与无线电测量装置或星光跟踪器等相组合,获取导航信息,实现制导和控制。
控制系统不仅要完成飞行控制与制导任务,而且要执行对飞行器测试和发射控制的任务。所以,控制系统具有的功能除与飞行状态、任务要求有关外,还与飞行器发射方式有关。弹道导弹的发射方式有固定发射和机动发射两种类型。机动发射又有陆基机动(汽车或火车)发射、海基(潜艇、舰船)机动发射。不同发射方式有不同的测试发射控制要求,如固定发射方式的测试一发射控制设备在体积、重量、环境适应性等方面与装车机动方式相比,条件较优越、限制因素少。因此,控制系统的功能、使用性必须适应几种发射方式中某一种或几种的需要,保证测试发射控制任务的完成。
运载火箭控制系统的作用与弹道导弹基本相似,但在使用方面也有不同点,如贮存期、固定发射方式环境条件等。然而对于载人航天运载器,除要求拉制系统应具备的一般功能之外,还在保障航天员飞行安全方面有特殊要求,主要是应具备高可靠性、安全性。