导弹与运载火箭制导系统回顾与发展方向设想胡德风北京航天自动控制研究所北京4)摘要对导弹与运载火箭制导系统历史与发展过程进行了回顾分析了目前科学技术的发展对制导系统的要求在此基础上结合新一代武器研制背景和大运载及空间技术的研制需求研究提出了目前及今后制导系统研究重点与发展方向关键词导弹运载火箭制导系统精度e el ment and Re iewf Guidance Systemin Missile and Launch VehicleHu DefengBeijing Aerospace Automatic Control institute Beijing4)Abstract This paper reviews the development of guidance system in missile and launch vehicle analyzes the reguirements for guidance system with the development of technology.Based on the new weapon system development and the reguirements of the heavy launch vehicle and space technology development of our country the current and future research and development emphases are presented.Key W rds Missile Launch vehicle Guidance system Precision.1引言科学技术的发展使未来敌对双方的侦察能力~攻击能力和防护能力必将大大提高因而可在很远距离对目标快速精确定位在很短时间内组织由电子对抗掩护的精确的摧毁性攻击与此同时采用隐蔽~干扰~机动和加固措施避免对方的打击为此制导系统和技术的发展必须进一步满足以下要求:高精度高概率命中~自主制导~高可靠性~远射程~抗干扰~全天候~低成本能承受冲击和高加速度a)高精度高概率命中导弹发射和飞行过程中将产生声~光~电波等可探测的物理现象将使导弹发射系统因被对方侦察定位而处于暴露地位首发不能高概率命中将招致对方精确制导武器的反击而被摧毁甚至来不及作第2次攻击因此要求制导系统有很高的精度1)自主制导由于对抗环境火力密集武器系统要保持对飞行中的制导武器不间断地外加控制是很困难的在44导弹与航天运载技术 2 2年收稿日期:2 2 2胡德风:男36岁研究员主要研究方向为组合制导技术这一控制过程中导弹发射系统很容易被击毁因此要求导弹发射系统在发射导弹后就可以脱离不用再管完全由导弹的制导系统自主制导飞向目标高可靠性不仅要求制导系统具有很高的可靠性而且还要求操作使用维护储运方便易行远射程由于制导武器所要攻击的目标往往是严密设防自卫火力很强的高值目标如作低近攻击武器投掷系统很可能在投放制导武器之前就被击毁因此要求在敌方火力圈以外作远距离攻击抗干扰未来战争中电子对抗环境严峻要求制导武器攻击隐蔽性好不易被敌方侦察发现一旦被发现则要求制导信号很难被敌方分析和有效干扰即使受到干扰也有多种有效的抗干扰措施保证继续正常工作全天候有些攻击行动往往利用夜间雨雾等不良气象以达到攻击的突然性和隐蔽性拥有全天候能力强的制导武器的一方可使装备非全天候武器的一方处于被动挨打的地位甚至完全丧失还击能力g低成本由于制导武器的制导系统都是一次性使用的装置成本不能很高否则无法大量装备部队使用h能承受冲击和高加速度为了追踪用高速机动来逃避攻击的飞行目标制导武器应有较小的转弯半径很高的机动能力再入大气机动飞行将达到100g的高加速度随着国际间商业发射合作的日益增强以及技术和市场竞争的不断加剧不仅要求制导系统具有更高的可靠性满足未来空间探测技术的发展和需要也对制导系统提出了高精度和具有多用途适应能力的要求:a高精度准确入轨高精度准确入轨意味着在轨飞行器能够节省更多的燃料用于在轨控制或者其它任务同时也就意味着延长了飞行使用寿命这对最终用户而言具有显著的经济效益此外随着载人航天领域及其相关技术的发展建设我国自己的空间站登月甚至进行外层空间的深空探测将成为必然因此空间站的交会对接飞行轨道的转移控制等都要求制导系统具有高精度b高可靠性与低成本高可靠性是我国运载火箭进入国际商业发射服务市场参加国际空间合作项目所必须具备的一项重要技术指标制导系统的高可靠性不仅在这一指标中占有相当的比重而且从某种意义上说也体现了完成飞行任务的能力;低成本是参与国际竞争并争取优势的重要手段高可靠性与低成本实现起来往往互相矛盾但原则应该是在高可靠性的基础上取得低成本具有多用途适应能力运载火箭的发射受一定的地域特定的飞行航线等诸多条件限制并且其有效载荷的体积大重量重对飞行环境要求苛刻等等这些都要求制导系统具有多用途的适应能力如地面固定瞄准-空中重定向主动段变轨飞行气流攻角修正等大力发展制导技术增强航天技术创新不仅是运载火箭技术自身发展的需要也是以此为先导带动新型应用卫星大型军事卫星空间站星际探测器等有效载荷的发展大规模开发和利用太空资源以及参与国际合作和国际竞争的需要同时还是巩固和加强我国航天大国地位增强综合国力增加中华民族自豪感和凝聚力的需要在目前竞争激烈需求迫切任务紧的情况下明确制导系统的发展方向确定制导系统的研究重点是十分重要的2制导系统发展回顾我们在制导技术研究和制导系统发展方面走过了3个阶段2.1早期的制导系统以我国研制的第1种液体近程导弹为代表射程控制采用惯性捷联式制导系统采用单补偿方式按视速度关机控制射程采用无线电横偏校正系统与姿态控制相结合的方式实现导弹横向偏差的控制进一步改进是采用捷联式坐标转换测速方式以横向速度作为闭路导引信号通过姿态控制系统54第5期胡德风导弹与运载火箭制导系统回顾与发展方向设想的偏航通道实现横偏控制O为弥补单补偿制导方案对于力矩型干扰如风吹\发动机推力偏斜\推力轴线横移等造成的射程偏差\补偿效果不足的情况9在纵向加速度计中增绕补偿力矩型干扰的线圈9并增加一个法向加速度计9实现了双补偿制导方案O2.2中期的制导系统利用6变参数线性系统外干扰完全补偿,理论9研制了更为完善的位置捷联补偿制导方案O这种补偿方案采用以陀螺积分仪为测速器件并完成补偿量综合9时变系数由解算装置生成9整套制导装置实现制导关机量控制9提高了制导精度O其后9补偿式制导方案进一步完善9采用捷联式全补偿9并引入横向导引和法向导引的制导系统9从而使制导方法误差更小O惯性器件采用静压气浮的陀螺仪和积分陀螺加速度计9工具误差进一步减小O 制导系统的关机方程\导引方程\制导过程量的存取及补偿量变系数的设置均由弹(箭D载计算装置实现9并发出制导指令9控制射程和横向偏差O利用这种控制系统于1970年4月成功地发射了长征运载火箭系列中的CZ-1火箭9首次将我国第1颗人造地球卫星东方红1号送入太空O为满足导弹射程及大型运载火箭发展的需要9为提高惯性器件使用精度9制导系统采用平台-计算机惯性制导方案O为配合当时国产弹载计算机的研制水平9制导律采取常系数积分型的关机方程和导引方程并在关机方程中引入了时间补偿项9消除关机时间变化对射程控制的影响9同时引入了反映弹道倾角偏差的法向导引和反映横向偏差的横向导引O采用这些方法后9用一个中等速度\小容量数字增量型的专用弹载计算机就能完成制导高精度复杂运算O陀螺稳定平台是以气浮技术为基础的三轴静压气浮平台O利用这套控制系统完成了CZ-2序列大型运载火箭发射卫星任务O2.3近期的制导系统随着信息技术的发展和数字计算机的扩大应用9研制了新型的平台-计算机制导系统O静压液浮陀螺稳定平台直接输出数字脉冲的加速度\姿态角量测量9在计算机中实时计算出显式飞行状态量提供制导和控制O采用显式制导和高精度陀螺稳定平台9使制导方法误差和工具误差减小9提高了制导精度O3制导系统主要研究方向和内容制导技术发展应以我国新一代武器研制为背景9并结合未来大运载和空间控制技术的研制需求9确定研究方向和重点O研究重点应放在以下5个方面:a D高精度惯性制导技术;b D复合制导技术;c D末制导技术;d D弹道机动制导技术;e D反导/反卫(拦截与反拦截D制导技术O3.1高精度惯性制导技术研究惯导技术是一种完全自主式的制导技术9不但自主性强9而且具有隐蔽性好\机动\连续\实时和不受气候条件限制等特点9在现代化武器装备中得到越来越广泛的应用O惯性制导技术是制导系统的基础O西方先进国家一直重视惯性制导技术的发展9美国至今仍把数字\导航与载体控制技术等惯导技术作为军用关键技术加以不断地研究和发展O惯导技术也是我国导弹武器装备不可缺少的关键技术9但与世界先进水平相比存在相当大的差距9成为一些武器系统性能(如担负核威慑与核反击重大作战使命的远程核导弹的精度D提高的制约条件O 必须加强这方面的研究O3.2星光/惯性复合制导技术采用星光/惯性复合制导9可以对发射点的位置和发射方位误差予以修正O星光/惯性复合制导系统通过利用天空中1~2颗恒星作固定参考点9借助辅助的星光信息对飞行轨道进行修正O这种复合制导系统包括星光敏感器\惯性测量装置\计算机以及信息处理设备等O它不仅对导弹在助推段实施控制9而且在末助推段进行弹道修正9从而可有效地提高命中精度O与纯惯性制导系统相比9星光惯性制导的优64导弹与航天运载技术2002年点有Z精度高Z星光惯性制导可有效地校正初始方位误差和陀螺漂移产生的误差9从而可提高精度9采用星光惯性复合制导9在保证一定精度条件下9可以放宽对陀螺仪精度的要求9降低初始定位误差对武器命中精度的影响9很适用于机动弹道导弹O反应速度快Z即系统对初始方位对准误差校正的时间短O3.3末制导控制技术末制导技术是实现武器精确制导的关键O海湾战争为新军事革命拉开了序幕O战争的态势已开始步入从传统的机械化战争向高技术信息化战争转变与过渡的新阶段O精确制导武器已成为高技术信息化战争中物理杀伤的主要手段9并在战争中发挥了关键作用O海湾战争中以美国为首的多国部队用9%的精确制导武器击毁了80%的目标9显示了精确制导武器是威力倍增的武器O精确制导武器现在远不只是直接命中概率大于50%的制导武器9而是以可以命中要害部位9甚至能排出多目标的优先次序9攻击或有可能杀伤最有价值目标的制导武器O精确制导武器的大量装备和使用9改变了战争的作战模式O远程纵深精确打击武器9防区外发射的精确制导武器可以在复杂战争环境下准确命中目标O 以精度代能量9有选择地摧毁目标9而又保护其他设施免遭破坏O这既加大了战争的打击力度9又控制了战争的范围9形成了高技术条件下局部战争的一大特点O制导技术是精确制导武器的核心技术9是当今国内外军事技术发展的热点之一O它涉及多个专业技术领域9是一项综合多种现代高新技术的应用技术O发展和应用精确制导技术主要是确保精确制导武器既能精确命中目标9又能减小附带破坏的高效能O要实现武器对目标的精确打击9尤其是活动目标(如航母~卫星和导弹等9必须研究对目标的精确探测和高精度导引控制技术9因此末制导控制技术是确保武器具有精确打击能力的关键O目前国外末制导技术以红外成像制导~毫米波制导~多模复合制导~智能化信息处理技术为主要发展方向9这些技术可以支持精确制导武器远距离高精度作战~夜间作战~全天候作战~复杂战场环境下作战O3.4弹道机动制导技术研究新一代洲际导弹武器系统突出要求要~强突防~高生存~高可靠O对新一代地地常规导弹要求能再入机动O美国正在加紧研制和装备的国家导弹防御系统(NMD~战区导弹防御系统(TMD9使他国的战略战术攻击能力受到严重的威胁9也对我国导弹武器的发射机动性~隐蔽性和弹头的隐身及突防性能提出了更为苛刻的要求O为了提高导弹的突防能力9可以采取隐身~释放诱饵和突防装置等措施9但采用多弹头分导技术~机动变轨技术则是一个积极主动的有效措施O对避开导弹防御系统的拦截有良好的性能O因此必须发展机动弹头9才能提高核威慑能力和战术打击能力O战略弹头采用低空机动技术后9按预先设定的弹道再入大气后9面对导弹防御系统的拦截可实现机动变轨躲避9具备强突防能力O3.5反导/反卫(拦截与反拦截制导技术研究未来战争中卫星将起着至关重要的作用9美国和俄罗斯的武器系统将越来越依赖卫星为其武器系统提供信息O根据美国TMD和NMD体系的部署9以卫星系统为核心组成天基侦察和通讯网络9完成信息获取~数据传送~指挥控制等多项功能9由卫星网完成对进攻导弹发射的侦察~早期预警9与地基雷达系统~地基红外和光学跟踪系统~指挥控制中心~机载定向能(激光等拦截器~地基拦截弹共同组成的防御体系9已成为我方进攻武器的突防重点O采取有效措施9在作战初期9对敌方防御系统中的侦察~数据传送卫星9先行进行打击9使其瘫痪9是对抗美国先进弹道导弹防御体系9进而保证我国有效的全球核威慑与打击能力9提高对敌有效威慑的有力手段9对免遭打击和取得战争胜利至关重要9利用我们在运载方面的优势9应积极开展Z动能拦截器(KKV的制导技术研究9开展利用现有的战术武器作载体加上KKV 来拦截低轨卫星的制导技术研究974第5期胡德风导弹与运载火箭制导系统回顾与发展方向设想C)开展利用现有的战略武器作载体加上KKV 或核弹头来拦截高轨卫星(如导航卫星等)的制导技术研究;c)开展智能反拦截KKV制导技术研究O4制导技术发展展望未来5~10年,是我国导弹与航天技术发展的一个重要阶段,制导技术的研究与突破,将大大提高我国导弹武器与运载火箭的制导精度,缩短与美国~俄罗斯等国家在制导技术上的差距,为高新武器的研制和未来新型航天运载器型号的研制与发展奠定坚实的基础,为确保核威慑能力和巩固大国地位,为航天事业的持续发展作贡献O主要表现为:a)以国家6杀手锏H武器和民用航天技术为需求牵引,研制出实用的,可用于各种导弹和运载火箭控制系统的通用的~一体化的高精度制导与控制平台并应用于新一代战术~战略导弹,降低成本,缩短研制周期,提高控制系统可靠性,提高精度;b)掌握主被动雷达等导引头末制导控制技术~高空弹道修正技术,并应用于反航母地地常规导弹;C)高精度激光捷联等惯性制导技术和惯性/星光复合制导技术应用于战略导弹,和地地战术导弹;c)通过高速机动变轨技术的研究与应用,提高战略~战术导弹全程突防能力;6)掌握反卫星武器和攻击快速活动目标拦截器的最优制导与控制技术等O根据对未来作战威胁环境的分析,我国未来战略导弹的发展应具有高精度~强突防~保证生存等能力O根据这一需求牵引和激烈竞争的形势,制导专业的发展面临两个问题:一是在本专业领域内应尽快确定重点研究课题,争取在关键领域占领制高点;一是拓宽专业领域,向相关专业渗透,增强竞争力O如果能在以上领域内取得突破进展,拥有核心知识产权,就能树立起我们的专业优势,也能锻炼培养出新的人才的同时,为专业的持续发展打下基础O阿里安空间公司计划逐步淘汰阿里安5G火箭阿里安空间公司计划在改进型阿里安5运载火箭投入使用后,逐步停止生产现役的普通型阿里安5(阿里安5G)运载火箭,而仅保留一种大推力运载火箭型号O随后,阿里安4运载火箭也将在2003年退役O这项措施是阿里安空间公司营利计划的一部分O设计人员原本想保留阿里安5G运载火箭,以满足单星发射需求,但阿里安空间公司首席执行官表示,由于市场萎缩,保留两种不同的阿里安5火箭型号是不合理的O新的阿里安5ECA运载火箭采用了低温上面级,具有10t的地球同步转移轨道运载能力,比采用可贮存推进剂上面级的现役阿里安5G运载火箭的多4t O2003年,阿里安5ECA 运载火箭计划发射3次,2005年发射5次O而2005年以后,阿里安5G运载火箭将不再发射O此外,还将继续研制另一种改进型阿里安5运载火箭采用可重复点火低温上面级的阿里安5ECB运载火箭O 届时,根据市场情况,它可能会在2006年投入使用并取代阿里安5ECA运载火箭O尽管阿里安空间公司作出了上述有关阿里安5运载火箭的决策,但他们还将继续与俄罗斯商讨有关在法属圭亚那库鲁发射场发射联盟号运载火箭的事项O今年6月欧空局暂时同意了这项计划,但还未作最后的决策O除此以外,营利计划还包括按计划项目~贸易和财政三条线重组阿里安空间公司的措施O阿里安空间公司首席执行官对他们的工作计划表现了足够的信心O他相信,2003年底公司会走出亏损的困境O此外,他们还会寻求保持或增加市场份额的措施O目前,进行的评估是,要想保持公司无亏损必须保持每年拥有6~8份双星发射订单O(赵颖供稿)84导弹与航天运载技术2002年导弹与运载火箭制导系统回顾与发展方向设想作者：胡德风作者单位：北京航天自动控制研究所,北京,100854刊名：导弹与航天运载技术英文刊名：MISSILES AND SPACE VEHICLES年，卷(期)：2002(5)被引用次数：5次1.卢艳军制导系统的发展及精确制导技术[期刊论文]-兵工自动化 2007(10)2.李辉.王波.郝兴伟运载火箭导航计算子系统建模与仿真[期刊论文]-系统仿真学报 2006(2)3.张晓峰基于H.26L的电视制导图象处理机关键技术研究[学位论文]博士 20054.范佳堃针对视场角和中心盲区的四象限探测器检测系统的研究[学位论文]硕士 20055.陈刚基于电视制导的视频压缩和图象超分辨技术的研究及实现[学位论文]硕士 2005引用本文格式：胡德风导弹与运载火箭制导系统回顾与发展方向设想[期刊论文]-导弹与航天运载技术 2002(5)。