会学习的运载火箭

张鸿飞

在人类航天史上，航天发射任务具有高风险性。提高运载火箭的安全性和可靠性，一直是航天科技工作者不断追求的目标。对此，火箭飞行控制系统起到了至关重要的作用。

据统计，1990年至2000年，在美国、日本、俄罗斯等国的运载火箭发射失败的案例中，约有40%的失利有可能利用先进导航制导与控制技术补救挽回，从而继续完成任务或者降级完成任务。近几年，猎鹰9号、德尔塔4运载火箭均出现过飞行中发动机推力下降的故障，但通过实施不同程度的补救措施，最终没有影响主要任务。

目前，我国正在研制会学习的运载火箭。该技术是将智能技术引入导航、制导及控制等各个任务环节，使运载火箭变得更加聪明、自主，对复杂环境和突发状况具备更强的主动适应能力，从而能在更大程度上确保完成任务。

对于火箭而言，飞行控制系统相当于它的大脑。这部“大脑”学习起来具备两大特征。

传统火箭的飞行策略及轨道是提前设计好的，如果火箭在飞行过程中，遭遇事先没有预料到的复杂空间环境，或者出现动力系统故障等突发情况，火箭飞行轨迹无法在线调整，很可能会导致任务失败。

会学习运载火箭则具有边飞边学的特征。其控制系统能充分利用箭载多源信息，使火箭實现飞行状态与环境在线辨识、运载及控制能力在线评估、轨迹在线规划、控制在线重构、目标在线变更等功能。简单来说，它可以实时感知自己周边的环境，如果有威胁就自主改变轨迹。同时，火箭会边飞边开展自我健康诊断，如果发现问题，它会评估自己的能力，根据实际情况采取相应措施，或是对任务计划进行调整。

会学习运载火箭的另一特征是终身学习。其控制系统能够充分利用全生命周期中所产生的数据，以大数据、智能分析技术等为基础，实现模型智能修正、模型智能建立、方案与参数智能优化等功能，持续进行自我学习和改进。

在现役运载火箭中，绝大部分火箭都是一次性使用，每一发火箭在飞行过程中，可以将自己的“学习内容”传回地面，供后来者借鉴，实现火箭之间的传递性学习，让后续火箭越来越“聪明”，“经验”越来越丰富。

上述两大学习特征相辅相成，相互促进。火箭边飞边学积累的经验和数据，支撑着火箭终身学习；火箭终身学习的训练与优化，又能促进火箭边飞边学更加智能。