運載火箭發射之後，是怎麼控制運動軌跡的，有哪些關鍵技術？

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謝邀~
題主的問題貌似是問是怎麼控制運動軌跡的，我先假定這裡的軌跡指我們目視的飛行軌跡而非火箭在宏觀相對地球等天體的軌道。
其實這個問題和是問火箭怎麼能在發射開始時筆直向上飛行的有點像。這個問題火箭發射如何保證筆直上升呢？中的答主已經有很生動的解釋了。而火箭、導彈的控制主要是如下一個循環：

即火箭君要以某一個飛行姿態和飛行軌跡到一個地方去，它就會一直經歷這樣一個循環：先依靠各種各樣的方式，確定自己現在在哪，現在是一個什麼樣的姿態在飛行；接著，和自己腦袋裡儲存的路線進行比較，發現自己和原定的飛行線路有多大的差距；最後，知道了和原定軌跡有多大差距的火箭君就會轉動自己的舵或者噴管向著原定軌跡靠近去修正差距。

首先是姿態確定部分，這裡是為了確定火箭位置在哪和相對地面是什麼姿態的技術。

現代航空航天器確定自己位置和姿態會有各種各樣的方式，比如用陀螺儀和加速度計、用GPS、用一個拍星星的攝像頭（星敏感器）、用一個拍太陽的攝像頭（太陽敏感器）等各種方式。
這裡面的關鍵技術是如何提高確定位置和姿態的精確度和可靠性，因為陀螺會有漂移，加速度計會有誤差，GPS信號可能會有各種問題，晶元還有禁運限制什麼的

↑ 比如這就是一個平台式慣導系統，也就是集成了陀螺儀加速度計等等各種元件的確定姿態的東西

接著是要計算當前彈道和預定彈道的差距並決定怎麼去控制執行機構改變火箭姿態，這個依靠之前各種元件確定的姿態位置數據綜合運算的。

這裡除了考慮晶元的可靠性、運算能力，關鍵技術在於演算法設計和控制參數確定上。一個火箭能穩定飛行，控制它向右轉兩度就轉兩度，這個過程是需要大量的力學建模和實驗確定參數的。

最後的執行機構，可以是有翼導彈的舵面，可以是發動機的游機，也可以是噴管口的燃氣舵等各種方式讓火箭或者導彈改變現在的姿態

下面是一些陳年的極不清晰的照片：

飛毛腿前身某導彈的燃氣舵

某飛航導彈的舵面

公開

基友邀請，說幾句~
想到啥說啥，以後有機會補充。

按任務書來把這個事情實現說清楚需要一大堆報告。說的沒錯，主旨就是GNC，但是需要各個環節的設計，交代清楚。這還只是軟體上，硬體又是一堆報告。

1.方案彈道：火箭最終目的是把衛星送入預定軌道，同一款火箭會根據每次任務不同設定大同小異的飛行時序，會根據載荷軌道不同設計不同的方案彈道。這一步驟在初始數據之後，利用約束優化出來，輸出為程序角。

2.方案彈道生成精確點的彈道，制導系統導引火箭按精確的理論彈道飛行，常用制導方式也有好幾種。顯式攝動、隱式、全量，主要就是飛行的導引以及關機方程。迭代制導不太一樣，實時的。

3.制導系統里需要輸入飛行參數實際值，即每個時刻火箭的速度位置和姿態。這就需要導航系統實時測得（工程上將導航歸到制導，制導就包括導航、導引和關機）。GNSS加捷聯慣導組合導航，平台現在不太用了，激光的又太貴。導航東西也挺多的，除去基本原理，還有基於信息融合的各式各樣的組合導航技術。目的只有一個，消除誤差，得到儘可能準確的火箭飛行信息。

4.要實現制導給出的軌跡，需要發動機屁股對準一個方向噴啊！也就是火箭空間姿態要有變化和穩定。這就需要姿態控制系統。火箭要想按軌跡運動，需要先快速調整到所需姿態。控制方法不複雜，越可靠越好。
舉個坐飛機會經常碰到的例子，飛機要拐大彎兒了（業內也叫大雞動）得先側身"姿態"滾轉一下，然後大機動的"軌跡"就出來了。

5.實際飛行中的外界大氣、地球攝動干擾以及元器件的誤差也需要控制系統工作以保持姿態穩定。

一些補充：火箭跟導彈有些差別，大氣層內機動性要求沒那麼高，一般是發動機噴管擺動提供控制力，加上RCS姿態穩定。咱們現役火箭尾部的翼不能動，用作安定面。

關鍵技術，對"關鍵"的理解就不同，我覺得都不關鍵。一點都不酷，基友剛說看新聞《陰陽師》團隊發了60個月獎金，航天人掙十年也掙不到~

禁止轉載，歡迎批評指正~
照例末尾，歡迎加入祖國航天事業！

PS：快畢不了業了還要來答題，好餓~

運動軌跡的控制過程可以概括為：
1、發現運動軌跡的偏差；
2、通過某種手段消除偏差。
其實就像在大馬路上開車發現開偏了然後打方向糾回來一樣。

因此控制過程是以下動作的不斷Loop：
1、得到軌跡的誤差量
運載火箭的彈道是預先設計好的，那麼只要知道火箭當前的位置，那麼就能判斷火箭是否偏離了既定軌跡，並且知道偏離了多少，這樣就引出了第一個關鍵技術。

關鍵技術1：如何測定火箭的位置。

說到定位，肯定首先想到的是GPS，我們的北斗在一個經度範圍內精度也是很好的，此外還可以使用慣性導航設備。他們各有優劣，GPS只開放民碼給我們，而且不可控戰時不可信任；北斗也存在被干擾的風險；慣性導航精度有限（長時間精度），但好在難以被干擾，可以隨時隨地工作。因此這個關鍵技術裡面除了衛星導航、慣性器材製造等基礎研究外，還有一大部分基於信息融合技術的組合導航研究。

2、通過某種手段消除誤差
基本的思想就是通過反饋將誤差量的函數施加到控制機構上，從而控制火箭回到既定軌道。那麼這裡要解決的問題就有兩個：a) 施加到控制機構上的誤差量的函數是什麼？b) 控制機構如何作動以達到預定控制目標？這又是兩個關鍵技術：

關鍵技術2：控制系統的設計。

火箭的位置的變化是由推力和火箭姿態決定的，因此這裡通常分為兩個大迴路，位置控制迴路和姿態控制迴路，位置控制迴路又叫制導迴路。其中制導迴路包含著姿態控制迴路，因此姿態控制迴路又稱內迴路。每個迴路中具體使用那些校正網路，參數如何設定等等都是這一關鍵技術需要解決的問題。

關鍵技術3：伺服機構的設計。

控制系統輸出的信號其目的是改變火箭的姿態及推力，從而達到改變火箭位置的目的。伺服機構就是實現這一目的的執行者，常見的有空氣舵、燃氣舵、矢量噴口等等手段，這一關鍵技術主要考慮的是效率、可靠性以及可實現性。

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今天稍微的聊一聊火箭定位和定姿的問題。

1、定的是什麼位？定的是什麼姿？
也就是說，人們需要知道的火箭位置和姿態信息究竟是什麼？
位置信息可能是我們熟知的經度、緯度、高程，也可能是相對於以發射點（或空間任意一點）為原點的笛卡爾坐標系的坐標(x, y, z)，eg. 以發射點為原點的東北天坐標系（東為x軸、北為y軸，豎直向上為z軸）。
同樣，姿態信息可能是三個角度：滾轉角、俯仰角和偏航角，也可能是四元數或是旋轉餘弦矩陣。

可以看出，位置和姿態有什麼共同點？
就是它們都是相對量，具體的說是相對於某個參考坐標系的位置和姿態。
因此在工程師眼中，位置就是一個向量（從參考坐標系原點到火箭所在的點）；而姿態就是一個矩陣（從參考坐標繫到火箭固連坐標系的變換）。當然這個矩陣可以通過運算轉換為角度和四元數，但我還是傾向用矩陣來表述姿態，因為矩陣的幾何意義就是相應維度空間（坐標系）的旋轉。

2、如何定位？
就主流的方式來說：GNSS（全球衛星導航系統）和慣性導航兩種。

GNSS通常給出特定格式的位置（經緯度高程），同樣通過一個矩陣可以把它旋轉到我們的參考坐標系中，把它變成參考坐標系中的坐標(x, y, z)，具體的數學公式就不講了，可以查書或推導。它的優點就是長時間精度比較可靠，缺點是容易受到干擾或人為使絆子（如戰時美國可以大幅降低民碼GPS精度）。

慣性導航，就是通過慣性器件（加速度計和陀螺儀）進行定位。原理上面有人講到了，實際上就是通過加速度積分得到速度，速度積分得到位置。但一定要注意的是，要得到火箭相對於參考坐標系的位置，那麼測得的加速度必須是火箭相對於參考坐標系的加速度。另一個需要注意的是積分是會將誤差累計的，如果加速度存在誤差，那麼誤差會通過積分累計傳播，給位置帶來較大的誤差。

3、如何定姿？
最流行的還是利用慣性測量單元。分為兩類：
a) 平台式慣性導航系統
具體原理不講，就是在火箭上搭載一個穩定平台，當在地面上對平台的穩定狀態進行標定後（通常標定為參考坐標系），在飛行過程中平台會一直保持該穩定狀態，從而測量出火箭相對於該穩定狀態（參考坐標系）的姿態和加速度。因此，使用平台式系統，可以直接得到載體相對於參考坐標系的姿態和加速度，後者進行積分即可得到載體位置。
優點：不用繁瑣的數學計算，姿態測量不通過積分，精度較高；
缺點：體積大重量重價格貴（對航天事業和火箭來說不是事兒）。

b) 捷聯式慣性導航系統
就是把三軸（有時火箭會忽略滾轉角，那麼就使用兩軸）陀螺儀和三軸加速度計捆綁在火箭上，並且與火箭固連坐標系的三個軸對齊，這樣陀螺和加速度計測量到的角度率和加速度信息都是相對於火箭固連坐標系的，也就是說，要得到相對於參考坐標系的姿態和位置，需要：
角速率——積分得到角度變化量——通過初始姿態和某個矩陣變換到參考坐標系；
加速度——兩次積分得到位移——通過初始位置和某個矩陣變換到參考坐標系。
因此它的缺點：計算量大，姿態的積分環節容易導致姿態測量的發散；
優點：安裝方便，體積小重量輕便宜（吾等屌絲單位做的小型無人機都用它）。
正因為捷聯慣導的姿態測量精度很差，變成了濾波演算法應用的好場合，利用陀螺和加速度計一個高頻性能好一個低頻性能好而設計的互補濾波器，把陀螺漂移和誤差作為狀態量的卡爾曼濾波器等等研究十分火熱，而且在工程中得到了實踐。

因此像火箭這種預算巨大體積巨大的傢伙通常採用平台式慣性導航設備來獲得姿態和位置。

睡覺4點起來看球，下次再更新控制系統方面。。。

涉及到的內容比較多。
火箭發射後的運動軌跡實際上就是火箭的彈道。火箭的彈道設計在火箭總體設計中是重要的一項內容，關係到火箭總體方案中的運載能力是否能夠在彈道約束下滿足。【對這點做下解釋，運載火箭要將有效載荷送入軌道，除了要滿足入軌的軌道要求外（可以理解為彈道終點即為航天器的軌道起點），還要滿足運載火箭的殘骸落區要求，分離後的子級一方面要避開人口聚集區，也要避免落在其他國家領土領海，從而引起不必要的衝突】

所以火箭的飛行軌跡（彈道）是在火箭發射前就已經根據目標軌道的參數確定好了。在火箭發射前根據發射場氣象條件（地面風速等）對彈道進行修正後，修正後的彈道被裝訂到火箭的飛行程序中。這就意味著，火箭的飛行軌跡理論上來說是應該按照裝訂好的彈道飛行程序飛行的。

火箭最完美的飛行軌跡應該是理論上計算的彈道軌跡。如果不考慮各種偏差及隨機干擾，所有的情況都和設計時預想的一樣的話，火箭在點火起飛後，控制系統根據裝訂的飛行程序，按照時序控制發動機的伺服機構，從而控制發動機噴管的擺動，提供火箭進行程序轉彎等動作的的控制力，實際上控制力是發動機推力的一個方向的分量。從而完成火箭的彈道飛行。但這個過程實際上是理論上的，可以看出這是一個開環控制的過程。（當然這過程中還涉及到火箭的姿態控制，不過題主問的主要是彈道問題，暫不表）

但是在實際情況中，火箭飛行時會遇到風切變、各種飛行誤差的累計，從而會使得火箭的實際飛行彈道偏離計算的彈道軌跡。在這種情況下，如果還按照預定的動作執行控制，勢必不能準確入軌。所以，在這裡就需要根據飛行誤差進行彈道的修正。

要進行誤差的修正，需要先對誤差進行識別和敏感，這就涉及到火箭的各種姿態、位置的敏感器件，實際上這是導航和制導系統需要完成的工作內容：對火箭的實際飛行位置和姿態進行感知、敏感和判斷，火箭的控制系統根據實際飛行情況與預先裝訂的彈道進行對比，根據計算出的偏差，發出控制指令，伺服機構控制噴管擺動，完成彈道軌跡的修正。這樣，整個火箭的控制變成了一個閉環過程。

大致這樣。

寫幾個關鍵詞吧:程序俯仰角，搖擺發動機，燃氣舵

簡單3個詞：導航、制導與控制（GNC），就能解答你的問題。導航是告訴你火箭現在的位置在哪裡，這樣就能與預計的路線比較，看往那邊偏了。制導是根據第一步的結果，確定火箭該怎麼走才能修正。控制就是執行層面了，應該往左偏，那就改變發動機的噴氣方向或者運用方向舵，來改變火箭的飛行軌跡，以滿足要求。不知道這麼解釋是否說清楚了。

火箭上升段軌道控制，也成為制導，也就是給出每一時刻火箭的姿態指令，姿態控制系統再跟蹤制導指令程序角。上面已經提到了根據標準彈道進行飛行，小擾動下對小偏差進行修正的制導方案，這被稱為攝動制導，是一種傳統制導方案，通常應用在外部干擾很小的假設下，否則精度會變差。自從阿波羅時代土星v火箭開始，新的迭代制導方法得到了應用，迭代制導根據最優控制原理，每一時刻計算出當前位置和目標點的一條最優軌跡和最優控制，下一時刻重新計算新的控制，形成閉環在線制導，由於模型需要簡單起見，迭代制導目前僅用於大氣層外的入軌制導。也被用在彈道導彈的制導和衛星軌道轉移過程中。中國的載人航天也首次用到迭代制導技術，使入軌精度得到很大提高。

運載火箭應當主要是靠慣性制導。
慣導通常是靠陀螺儀獲得角度信號，靠加速度計獲得加速度信號，兩次積分得到速度和位移，這些放在一起就可以解算出載具的當前姿態與位置。慣導系統是一個大領域，裡面涉及非常多種類的器件，詳細可以看看慣性協會的雜誌《海陸空天慣 性世界》。
然後看看和預定軌跡的區別，調動控制裝置（比如翼面、燃氣舵、尾噴管、側推發動機），把自己拽回到預定的軌道上。
慣性指導相當於蒙著眼睛走路，會有隨時間而積累的誤差。所以還會有地面測控等機制來修正軌道，不然時間長了誤差一大，就不知道自己在那了。

其實我想到了Mecjeb。。。[捂臉]
還是可恥的匿掉比較好。。。

&<&<運載火箭動力學與控制&>&>，中國宇航出版社，張衛東等著，2015年4月第一版。

測量偏差，消除偏差。關鍵技術：姿態感測器，推力矢量裝置等

關鍵詞PC肌是幾個意思

太深的是人家秘密，且咱們也看不懂。
初步的，可以分析一下飛機，汽車（指動力方面，導彈就又高深了）
理論，看看物理學中，第一，第二，第三宇宙速度的概念，以及推導過程。（軌跡變化主要是為了滿足它們）