运载火箭分离后尾段部分的通信方法及装置与流程

1.本发明涉及运载火箭的通信领域，具体涉及一种运载火箭分离后尾段部分的通信方法及装置。


背景技术：

2.近年来世界许多国家投入大量资源到运载火箭领域的研究上。随着各种新型号运载火箭的测试与发射，其子级残骸降落区域(以下简称落区)问题逐渐引起重视。目前，运载火箭的尾段部分在分离前通过全箭主干网总线进行通信，尾段部分分离后，无法继续通过全箭主干网总线进行通信，进而无法控制尾段部分的降落位置，只能根据估算尾段部分的运行距离得出一个大概的落区；为了保证安全，需要在估算落区范围本身很大的基础上继续扩大范围，所需要疏散的人员数量巨大，对应的落区安全管控工作繁重。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：如何为分离后的尾段部分提供通信，进而根据尾段部分的具体行程数据控制尾段部分的落区。
4.为达到以上目的，本发明提供的运载火箭分离后尾段部分的通信方法，尾段部分包括综合控制器、舵机和尾段惯组，该方法包括以下步骤：在尾段部分设置落区控制网总线，在尾段部分分离后，综合控制器、舵机和尾段惯组均通过落区控制网总线进行通信。
5.在上述技术方案的基础上，所述落区控制网总线包括落区控制网主用总线和落区控制网备用总线；该方法具体包括以下步骤：在分离前阶段，尾段部分通过全箭主干网主用总线进行通信；当全箭主干网主用总线发生故障时，切换至全箭主干网备用总线进行通信；在分离阶段至下落阶段的过程中，尾段部分通过落区控制网主用总线进行通信；当落区控制网主用总线发生故障时，切换至落区控制网主用总线进行通信。
6.在上述技术方案的基础上，该方法还包括以下步骤：在尾段部分分离后，将综合控制器的供电方式变为采用蓄电池供电，将舵机的供电方式变为采用尾段电池和蓄电池联合供电。
7.在上述技术方案的基础上，所述在尾段部分分离后，将综合控制器的供电方式变为采用蓄电池供电，将舵机的供电方式变为采用尾段电池和蓄电池联合供电的具体流程包括：在分离前阶段，采用末级电池为综合控制器供电，采用尾段电池为舵机供电；在分离指令下达前的电源转换周期内，将综合控制器的供电方式由末级电池改变为蓄电池和末级电池联合供电；在分离阶段的过程中，将综合控制器的供电方式由蓄电池和末级电池联合供电，修改为蓄电池供电；在分离指令下达指定时长后，将舵机的供电方式由尾段电池改变为尾段电池和蓄电池联合供电。
8.在上述技术方案的基础上，所述尾段部分还包括尾段遥测系统；该方法还包括以下步骤：在分离前阶段采用末级为尾段遥测系统供电，在分离指令下达前的电源转换周期内，将尾段遥测系统的供电方式由末级电池调整为蓄电池和末级电池联合供电；在分离阶
段的过程中，将尾段遥测系统的供电方式由蓄电池和末级电池联合供电，调整为蓄电池供电。
9.本发明提供的运载火箭分离后尾段部分的通信装置，尾段部分包括综合控制器、舵机、尾段惯组和全箭主干网总线；该装置包括设置于尾段部分内的发射控制计算机和落区控制网总线；在分离前阶段，尾段部分通过全箭主干网总线进行通信；在分离阶段至下落阶段的过程中，尾段部分通过落区控制网总线进行通信。
10.在上述技术方案的基础上，所述全箭主干网总线包括全箭主干网主用总线和全箭主干网备用总线；落区控制网总线包括落区控制网主用总线和落区控制网备用总线；在分离前阶段，尾段部分通过全箭主干网主用总线进行通信；当全箭主干网主用总线发生故障时，切换至全箭主干网备用总线进行通信；在分离阶段至下落阶段的过程中，尾段部分通过落区控制网主用总线进行通信；当落区控制网主用总线发生故障时，切换至落区控制网主用总线进行通信。
11.在上述技术方案的基础上，所述发射控制计算机和综合控制器与每根所述总线的通信接口均采用具备电器隔离功能的通信接口。
12.在上述技术方案的基础上，所述尾段部分还包括末级电池，该装置还包括设置于尾段部分的尾段电池和用于为发射控制计算机供电的蓄电池；
13.发射控制计算机的工作流程包括：
14.在分离前阶段，控制末级电池的输出端接入综合控制器的输入端，控制尾段电池的输出端接入舵机的输入端；
15.在分离指令下达前的电源转换周期内，控制蓄电池的输出端接入综合控制器的输入端；
16.在分离阶段的过程中，断开末级电池与综合控制器的供电线路；
17.在分离指令下达指定时长后，控制蓄电池的输出端接入舵机的输入端。
18.在上述技术方案的基础上，该装置还包括设置于尾段部分内的尾段遥测系统，其用于：定期将综合控制器和发射控制计算机的数据，发送至地面的控制终端；发射控制计算机还用于：在分离前阶段控制末级电池的输出端接入尾段遥测系统的输入端，在分离指令下达前的电源转换周期内，控制蓄电池的输出端接入尾段遥测系统的输入端；在分离阶段的过程中，断开末级电池与尾段遥测系统的供电线路。
19.与现有技术相比，本发明的优点在于：
20.与现有技术中分离后无法通过全箭主干网总线进行通信的尾段部分相比，本发明在尾段部分设置有落区控制网总线，在尾段部分分离后，会通过落区控制网总线保持通信，进而使得尾段部分的具体行程数据能够及时同步至地面端；后续根据形成数据即可精准确定尾段部分的落区甚至降落位置，不仅显著提高了工作精度，而且大幅度减轻了大范围落区所需的安全管控工作量。
21.与此同时，本发明通过主用总线和备用主线的方式，为通信总线建立了“主备倒换”机制，提高了通信安全性能。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例中本发明实施例中尾段部分的通信拓扑图。
具体实施方式
24.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
26.本发明实施例中的尾段部分包括综合控制器、舵机和尾段惯组，本发明实施例中运载火箭分离后尾段部分的通信方法，包括以下步骤：在尾段部分设置落区控制网总线，在尾段部分分离后，综合控制器、舵机和尾段惯组均通过落区控制网总线进行通信。
27.由此可知，与现有技术中分离后无法通过全箭主干网总线进行通信的尾段部分相比，本发明在尾段部分设置有落区控制网总线，在尾段部分分离后，会通过落区控制网总线保持通信，进而使得尾段部分的具体行程数据能够及时同步至地面端；后续根据形成数据即可精准确定尾段部分的落区甚至降落位置，不仅显著提高了工作精度，而且大幅度减轻了大范围落区所需的安全管控工作量。
28.下面介绍本发明尾段部分的具体通信方式，首先对火箭分离的各个阶段进行简要说明(各个阶段的称谓以及转变顺序为现有技术)。
29.(1)分离前阶段，包括射前阶段(即火箭发射前的阶段)、一级主动阶段、一级滑行阶段等；
30.(2)(一级)分离阶段，即分离尾段部分的阶段，在火箭分离指令后进入。
31.(3)下落阶段，即分离的尾段下落的阶段。
32.此外，该方法中提到的落区控制网总线包括落区控制网主用总线和落区控制网备用总线；在此基础上，该方法具体包括以下步骤：在分离前阶段，尾段部分通过全箭主干网主用总线进行通信；当全箭主干网主用总线发生故障时，切换至全箭主干网备用总线进行通信。在分离阶段至下落阶段的过程中，尾段部分通过落区控制网主用总线进行通信；当落区控制网主用总线发生故障时，切换至落区控制网主用总线进行通信。
33.由此可知，本发明通过主用总线和备用主线的方式，为通信总线建立了“主备倒换”机制，提高了通信安全性能。
34.优选的，该方法还包括以下步骤：在尾段部分分离后，将综合控制器的供电方式变为采用蓄电池供电，将舵机的供电方式变为采用尾段电池和蓄电池联合供电的具体流程包括：在分离前阶段，采用末级电池为综合控制器供电，采用尾段电池为舵机供电；在分离指令下达前的电源转换周期(本实施例中为分离指令下达前3秒)内，将综合控制器的供电方式由末级电池改变为蓄电池和末级电池联合供电；在分离阶段的过程中，将综合控制器的
供电方式由蓄电池和末级电池联合供电，修改为蓄电池供电；在分离指令下达指定时长(本实施例中为1秒)后，将舵机的供电方式由尾段电池改变为尾段电池和蓄电池联合供电。
35.由此可知，本发明清晰阐述了尾段部分在分离后的供电方法，配合上述通信方式，即可具体实现尾段部分的精准控制。需要说明的是，上述供电方法只是一种具体的实施例，对于本领域普通技术人员而言，在知晓上述通信方式的基础上，能够根据现有合理技术设计出不同的供电方式来实现后续尾段部分的控制。
36.优选的，所述尾段部分还包括尾段遥测系统，其包括尾段遥测中心单元、尾段采编器、遥测功放、链检发射天线、链检接收天线和尾段遥测发射天线；该方法还包括以下步骤：在分离前阶段采用末级为尾段遥测系统供电，在分离指令下达前的电源转换周期内，将尾段遥测系统的供电方式由末级电池调整为蓄电池和末级电池联合供电；在分离阶段的过程中，将尾段遥测系统的供电方式由蓄电池和末级电池联合供电，调整为蓄电池供电。
37.本发明实施例中的运载火箭分离后尾段部分的通信装置，尾段部分包括综合控制器、舵机、尾段惯组和全箭主干网总线；该装置还包括设置于尾段部分内的发射控制计算机和落区控制网总线；在分离前阶段，尾段部分(即发射控制计算机、综合控制器、舵机和尾段惯组)均通过全箭主干网总线进行通信；在分离阶段至下落阶段的过程中，发射控制计算机、综合控制器、舵机和尾段惯组均通过落区控制网总线进行通信。
38.优选的，参见图1所示，全箭主干网总线包括全箭主干网主用总线和全箭主干网备用总线；落区控制网总线包括落区控制网主用总线和落区控制网备用总线；在分离前阶段，尾段部分通过全箭主干网主用总线进行通信；当全箭主干网主用总线发生故障时，切换至全箭主干网备用总线进行通信。在分离阶段至下落阶段的过程中，尾段部分通过落区控制网主用总线进行通信；当落区控制网主用总线发生故障时，切换至落区控制网主用总线进行通信。
39.优选的，发射控制计算机和综合控制器与每根所述总线的通信接口均采用具备电器隔离功能的通信接口，进而降低通信短路的概率。
40.优选的，尾段部分还包括末级电池，该装置还包括设置于尾段部分的尾段电池和用于为发射控制计算机供电的蓄电池(本实施例采用锂电池组)。发射控制计算机的工作流程包括：
41.在分离前阶段，控制末级电池的输出端接入综合控制器的输入端(即采用末级电池为综合控制器供电)，控制尾段电池的输出端接入舵机的输入端(即采用尾段电池为舵机供电)；
42.在分离指令下达前的电源转换周期(本实施例中为分离指令下达前3秒)内，控制蓄电池的输出端接入综合控制器的输入端(即将综合控制器的供电方式由末级电池调整为蓄电池和末级电池联合供电)；
43.在分离阶段的过程中，断开末级电池与综合控制器的供电线路(即将供电方式由蓄电池和末级电池联合供电，调整为蓄电池供电)；
44.在分离指令下达指定时长(本实施例中为1秒)后，控制蓄电池的输出端接入舵机的输入端(即将舵机的供电方式由尾段电池调整为尾段电池和蓄电池联合供电)。
45.优选的，该装置还包括设置于尾段部分内的尾段遥测系统，其包括尾段遥测中心单元、尾段采编器、遥测功放、链检发射天线、链检接收天线和尾段遥测发射天线；尾段遥测
系统用于：定期将综合控制器和发射控制计算机的数据，发送至地面的控制终端。发射控制计算机还用于：在分离前阶段控制末级电池的输出端接入尾段遥测系统的输入端(即采用末级为尾段遥测系统供电)，在分离指令下达前的电源转换周期内，控制蓄电池的输出端接入尾段遥测系统的输入端(即将尾段遥测系统的供电方式由末级电池调整为蓄电池和末级电池联合供电)；在分离阶段的过程中，断开末级电池与尾段遥测系统的供电线路(即将尾段遥测系统的供电方式由蓄电池和末级电池联合供电，调整为蓄电池供电)。
46.下面通过1个实施例说明上述装置的工作过程。
47.综合控制器和发射控制计算机均包含4个独立的can总线接口，其中2个分别接入全箭主干网主用总线和全箭主干网备用总线，另外2个分别接入落区控制网总线包括落区控制网主用总线和落区控制网备用总线。
48.在分离前阶段(射前测试、一级主动段、一级滑行段)，综合控制器通过全箭主干网主用总线接收发射控制计算机和末级中心计算机发送的指令，完成尾段电池激活、一级发动机点火、2台转弯发动机点火、一级分离ⅰ时序输出，并控制4个栅格舵机动作。
49.在分离阶段时，分离面连接器及电缆受二级发动机尾焰烧蚀，分离体内的主干网络传输线存在短路风险，为确保分离体通信可靠性，在此之后分离体内主干网络停止使用。在综合控制器和发射控制计算机中接入主干网和落区控制网的4个can总线接口全部进行了电气隔离设计，即使分离体内主干网can总线出现短路，也不影响后级数据处理电路及其它接口。综合控制器、发射控制计算机、尾段遥测系统、蓄电池和尾段惯组，全部利用在尾段的落区控制网主用总线进行通信。
50.以上仅为本发明实施例的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种运载火箭分离后尾段部分的通信方法，尾段部分包括综合控制器、舵机和尾段惯组，其特征在于，该方法包括以下步骤：在尾段部分设置落区控制网总线，在尾段部分分离后，综合控制器、舵机和尾段惯组均通过落区控制网总线进行通信。2.如权利要求1所述的运载火箭分离后尾段部分的通信方法，其特征在于：所述落区控制网总线包括落区控制网主用总线和落区控制网备用总线；该方法具体包括以下步骤：在分离前阶段，尾段部分通过全箭主干网主用总线进行通信；当全箭主干网主用总线发生故障时，切换至全箭主干网备用总线进行通信；在分离阶段至下落阶段的过程中，尾段部分通过落区控制网主用总线进行通信；当落区控制网主用总线发生故障时，切换至落区控制网主用总线进行通信。3.如权利要求2所述的运载火箭分离后尾段部分的通信方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：在尾段部分分离后，将综合控制器的供电方式变为采用蓄电池供电，将舵机的供电方式变为采用尾段电池和蓄电池联合供电。4.如权利要求3所述的运载火箭分离后尾段部分的通信方法，其特征在于，所述在尾段部分分离后，将综合控制器的供电方式变为采用蓄电池供电，将舵机的供电方式变为采用尾段电池和蓄电池联合供电的具体流程包括：在分离前阶段，采用末级电池为综合控制器供电，采用尾段电池为舵机供电；在分离指令下达前的电源转换周期内，将综合控制器的供电方式由末级电池改变为蓄电池和末级电池联合供电；在分离阶段的过程中，将综合控制器的供电方式由蓄电池和末级电池联合供电，修改为蓄电池供电；在分离指令下达指定时长后，将舵机的供电方式由尾段电池改变为尾段电池和蓄电池联合供电。5.如权利要求1至4任一项所述的运载火箭分离后尾段部分的通信方法，其特征在于，所述尾段部分还包括尾段遥测系统；该方法还包括以下步骤：在分离前阶段采用末级为尾段遥测系统供电，在分离指令下达前的电源转换周期内，将尾段遥测系统的供电方式由末级电池调整为蓄电池和末级电池联合供电；在分离阶段的过程中，将尾段遥测系统的供电方式由蓄电池和末级电池联合供电，调整为蓄电池供电。6.一种运载火箭分离后尾段部分的通信装置，尾段部分包括综合控制器、舵机、尾段惯组和全箭主干网总线；其特征在于：该装置包括设置于尾段部分内的发射控制计算机和落区控制网总线；在分离前阶段，尾段部分通过全箭主干网总线进行通信；在分离阶段至下落阶段的过程中，尾段部分通过落区控制网总线进行通信。7.如权利要求6所述的运载火箭分离后尾段部分的通信装置，其特征在于：所述全箭主干网总线包括全箭主干网主用总线和全箭主干网备用总线；落区控制网总线包括落区控制网主用总线和落区控制网备用总线；在分离前阶段，尾段部分通过全箭主干网主用总线进行通信；当全箭主干网主用总线发生故障时，切换至全箭主干网备用总线进行通信；在分离阶段至下落阶段的过程中，尾段部分通过落区控制网主用总线进行通信；当落区控制网主用总线发生故障时，切换至落区控制网主用总线进行通信。8.如权利要求7所述的运载火箭分离后尾段部分的通信装置，其特征在于：所述发射控制计算机和综合控制器与每根所述总线的通信接口均采用具备电器隔离功能的通信接口。9.如权利要求8所述的运载火箭分离后尾段部分的通信装置，其特征在于：所述尾段部分还包括末级电池，该装置还包括设置于尾段部分的尾段电池和用于为发射控制计算机供电的蓄电池；
发射控制计算机的工作流程包括：在分离前阶段，控制末级电池的输出端接入综合控制器的输入端，控制尾段电池的输出端接入舵机的输入端；在分离指令下达前的电源转换周期内，控制蓄电池的输出端接入综合控制器的输入端；在分离阶段的过程中，断开末级电池与综合控制器的供电线路；在分离指令下达指定时长后，控制蓄电池的输出端接入舵机的输入端。10.如权利要求6至9任一项所述的运载火箭分离后尾段部分的通信装置，其特征在于：该装置还包括设置于尾段部分内的尾段遥测系统，其用于：定期将综合控制器和发射控制计算机的数据，发送至地面的控制终端；发射控制计算机还用于：在分离前阶段控制末级电池的输出端接入尾段遥测系统的输入端，在分离指令下达前的电源转换周期内，控制蓄电池的输出端接入尾段遥测系统的输入端；在分离阶段的过程中，断开末级电池与尾段遥测系统的供电线路。

技术总结
本发明公开了一种运载火箭分离后尾段部分的通信方法及装置，涉及运载火箭的通信领域。该方法的步骤包括：在尾段部分设置落区控制网总线，在尾段部分分离后，综合控制器、舵机和尾段惯组均通过落区控制网总线进行通信。本发明在尾段部分设置有落区控制网总线，在尾段部分分离后，会通过落区控制网总线保持通信，进而使得尾段部分的具体行程数据能够及时同步至地面端；后续根据形成数据即可精准确定尾段部分的落区甚至降落位置，不仅显著提高了工作精度，而且大幅度减轻了大范围落区所需的安全管控工作量。全管控工作量。全管控工作量。


技术研发人员：杜鹏 丁波 何健伟 张红 石妙 张阳艳 葛仲浩 邵志浩 徐娅 周鑫
受保护的技术使用者：湖北航天技术研究院总体设计所
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/13