[发明专利]一种运载火箭子级落区范围控制系统

权利要求书

1.一种运载火箭子级落区范围控制系统，其特征在于：包括栅格舵结构系统、栅格舵控制系统、栅格舵遥测系统和地面信号接收系统；

栅格舵结构系统安装于运载火箭子级级间段上，在运载火箭主动上升飞行段，栅格舵处于收拢状态，即贴合箭体；在运载火箭子级返回段，栅格舵处于展开状态；所述栅格舵结构系统用于提供在子级箭体再入返回时的气动操纵力矩，改变子级箭体姿态；

栅格舵控制系统主要单机安装于运载火箭子级箱间段内，用于实时探测运载火箭子级状态信息，并不断发送控制指令，依据控制指令，栅格舵在伺服机构的作用下进行偏转，导引子级箭体朝目标落区飞行；

栅格舵遥测系统安装于运载火箭子级箱间段内，用于实时将运载火箭子级的探测信息发送至地面信息接收系统；

地面信号接收系统布置在地面落区安全区域，用于接收子级遥测数据，预报子级实时位置；

所述栅格舵结构系统包括四个栅格舵舵面、四个栅格舵解锁机构、四个栅格舵展开机构和四个栅格舵传动机构，每个成90°周向均布安装在子级级间段上；

所述栅格舵舵面，整体结构外形依据气动特性进行设计为弧面，贴合箭体安装，并采用具备能抵抗再入气动力和热的材料进行制造；

所述栅格舵解锁机构，安装于子级级间段上，与栅格舵舵面顶端相连，用于运载火箭上升段锁止舵面和返回段解锁舵面；

所述栅格舵展开机构，与栅格舵舵面根部相连，用于在海拔高度大于110公里时，展开90°并锁定栅格舵舵面；

所述栅格舵传动机构，安装于子级级间段上，与展开机构相连，利用伺服机构装置驱动栅格舵舵面偏转；

所述的栅格舵控制系统包括控制单元、时序控制器、伺服机构和电池：

所述的控制单元，对运载火箭子级的实时速度、位置和姿态进行实时探测，并计算控制量和舵偏角，输出控制指令，控制运载火箭子级姿态稳定，导引运载火箭子级向预定落点飞行；

所述的时序控制器，通过分离信号进行启动，实施对运载火箭子级返回段的飞行时序进行控制；

所述的伺服机构，通过接受控制舵偏角指令，提供控制力矩，驱动栅格舵传动机构，从而操作舵面偏转；

所述的电池，为控制单元、时序控制器、伺服机构进行供电。

2.根据权利要求1所述的一种运载火箭子级落区范围控制系统，其特征在于：所述控制运载火箭子级返回段的飞行时序的具体过程为：

1)运载火箭一二级分离信号发出后，时序控制器启动开始工作，以一二级分离时刻为时序控制的0s时刻；

2)以0s为起点，20s后，时序控制器发出指令，启动栅格舵遥测系统中的遥测单元，遥测单元开机并实时发送遥测数据至地面信息接收系统；

3)以0s为起点，在90s后，时序控制器发送指令解锁收拢状态的栅格舵，展开机构驱动舵面旋转90°并锁定；

4)舵面展开锁定10s后，时序控制器发送指令，加电并启动伺服机构；

5)以0s为起点，在500s后，子级箭体再入大气，控制单元依据探测信息，实施计算控制量，发送姿态控制指令，栅格舵在伺服机构的驱动下偏转，进行子级箭体增稳控制；子级箭体姿态稳定达到要求后，控制单元开始发送制导指令，偏转舵面，导引子级箭体向目标落区着陆；

6)依据地面信息接收系统接收到的遥测数据，实时监测子级箭体空中位置，待子级箭体着陆后，利用接收到的精确位置信息，对子级箭体残骸进行快速搜寻和处理。

3.根据权利要求2所述的一种运载火箭子级落区范围控制系统，其特征在于：所述栅格舵舵面若干栅格壁板组成的蜂窝状，栅格数量为4排5列共20个，壁厚为2毫米～6毫米；栅格舵舵面中间贯穿两根主承力梁，栅格舵舵面整体采用内凹弧面设计，使其可贴合3.35米直径箭体的安装；栅格舵舵面材料采用钛合金进行制造，栅格舵舵面表面进行防热处理。

4.根据权利要求2所述的一种运载火箭子级落区范围控制系统，其特征在于：所述栅格舵解锁机构由结构支架、解锁装置和整流罩组成，安装于子级级间段上，与栅格舵舵面顶端相连，用于运载火箭上升段锁止舵面和返回段解锁舵面；所述解锁装置选用爆炸螺栓或者拔销器火工品。