CN115848647A - 固体运载火箭及其留轨末子级 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种固体运载火箭及其留轨末子级。该留轨末子级包括：末子级本体，用于与运载物可分离连接；末子级轨姿控动力系统，包括分别与末子级本体连接的末子级发动机和末子级姿控系统；留轨姿控组件，与末子级本体连接，留轨姿控组件的驱动力小于末子级姿控系统的驱动力；控制器，分别与末子级发动机、末子级姿控系统和留轨姿控组件信号连接，控制器被配置用于在末子级本体与运载物分离后，获取并根据机动指令控制末子级发动机、以及末子级姿控系统和留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动或在轨姿态调整。本申请实施例为固体运载火箭提供了一种具备机动性能的留轨末子级，可以在运送任务完成后服务于后续太空任务。

Description

固体运载火箭及其留轨末子级

技术领域

本申请涉及航天技术领域，具体而言，本申请涉及一种固体运载火箭及其留轨末子级。

背景技术

作为航天运载火箭的重要组成部分，固体运载火箭由于采用固体推进剂，其具备结构简单、可靠性高、发射前无须加注推进剂、使用维护简单、易实现大推力、可长时间储存等特点，在世界各国航天运载技术发展中占据了重要地位，发挥着重要作用。尤其是近年来小卫星市场的蓬勃发展，以及对快速进入宇宙空间的迫切需求，使得响应快速、机动性强、成本低的固体运载火箭成为世界主要航天大国发展的重点之一。

但是，现有的固体运载火箭也因上述特点，使得其完成针对运载物（如卫星）的运送任务后，功能殆尽，即固体运载火箭中包括末子级在内的各子级分别沦为太空垃圾，难以再利用。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种固体运载火箭及其留轨末子级，用以解决现有技术存在固体运载火箭完成针对运载物的运送任务后，其末子级难以再利用的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种固体运载火箭的留轨末子级，包括：

末子级本体，用于与运载物可分离连接；

末子级轨姿控动力系统，包括分别与末子级本体连接的末子级发动机和末子级姿控系统；

留轨姿控组件，与末子级本体连接，留轨姿控组件的驱动力小于末子级姿控系统的驱动力；

控制器，分别与末子级发动机、末子级姿控系统和留轨姿控组件信号连接，控制器被配置用于在末子级本体与运载物分离后，获取并根据机动指令控制末子级发动机、以及末子级姿控系统和留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动或在轨姿态调整；

蓄电池，分别与末子级发动机、末子级姿控系统、留轨姿控组件以及控制器电连接。

在一些实施例中，末子级发动机包括：用于存储液态燃烧剂的第一燃料仓，用于存储液态氧化剂的第二燃料仓，喷管，以及连接第一燃料仓与喷管的第一可控泵送管路，连接第二燃料仓与喷管的第二可控泵送管路；

其中，第一可控泵送管路和第二可控泵送管路分别与控制器信号连接。

在一些实施例中，第一可控泵送管路和第二可控泵送管路中的至少一种可控泵送管路包括：导流管，以及设置于导流管上的燃料泵和电磁阀；

其中，燃料泵和电磁阀分别与控制器信号连接。

在一些实施例中，末子级发动机与末子级姿控系统为集成一体化结构。

在一些实施例中，留轨姿控组件包括反作用飞轮和磁力矩器中的至少一种；

反作用飞轮和/或磁力矩器与控制器信号连接。

在一些实施例中，控制器包括：

第一子控制器，分别与末子级发动机和末子级姿控系统信号连接，第一子控制器被配置用于在末子级本体与运载物分离后，获取并根据机动指令控制末子级发动机和末子级姿控系统中的至少一种工作，和/或发出姿态调整指令；

第二子控制器，分别与第一子控制器和留轨姿控组件信号连接，第二子控制器被配置用于获取并根据姿态调整指令控制留轨姿控组件工作。

在一些实施例中，留轨末子级还包括：分别与末子级本体连接的太阳能电源组件、太阳敏感器和热控系统中的至少一种；

太阳能电源组件与蓄电池电连接；

太阳敏感器与控制器信号连接；

热控系统与控制器信号连接。

第二个方面，本申请实施例提供了一种固体运载火箭，包括：如上述第一个方面提供的留轨末子级。

在一些实施例中，固体运载火箭还包括至少一级固体推进级；

一个固体推进级与留轨末子级的末子级本体可分离连接；

所有固体推进级中的至少部分固体推进级依次可分离连接。

第三个方面，本申请实施例提供了一种留轨末子级的控制方法，应用于如上述第一个方面提供的留轨末子级，包括：

获取机动指令；

根据机动指令控制末子级发动机、以及末子级姿控系统和留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动或在轨姿态调整。

在一些实施例中，根据机动指令控制末子级发动机、以及末子级姿控系统和留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动，包括：

确定与机动指令对应的驱动力与参考阈值区间之间的关系；

若驱动力小于参考阈值区间，则控制末子级发动机和留轨姿控组件工作；

若驱动力属于参考阈值区间，则控制末子级发动机和末子级姿控系统工作；

若驱动力大于参考阈值区间，则控制末子级发动机、末子级姿控系统和留轨姿控组件工作。

第四个方面，本申请实施例提供一种留轨末子级的控制装置，应用于如上述第一个方面提供的留轨末子级，包括：

指令获取模块，用于获取机动指令；

指令执行模块，用于根据机动指令控制末子级发动机、以及末子级姿控系统和留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动。

第五个方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被电子设备执行时实现如上述第三个方面提供的留轨末子级的控制方法。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果包括：为固体运载火箭技术领域提供了一种留轨末子级，该留轨末子级配置了末子级轨姿控动力系统以及留轨姿控组件以实现变轨机动或在轨姿态调整，即为固体运载火箭的留轨末子级赋予了机动性能，可以充分挖掘固体运载火箭的富余运载能力，利于在现有固体运载火箭的基础上通过简易改装和有效载荷加装，能够在固体运载火箭完成针对运载物的运送任务后继续服务于后续太空任务，即对固体运载火箭的末子级进行了复用，无需再次发射费用，提高固体运载火箭的末子级的利用率。

其中，留轨姿控组件的驱动力小于末子级姿控系统的驱动力，这样可以在留轨末子级的姿态调整驱动力较小时，仅控制留轨姿控组件工作，有利于降低末子级轨姿控动力系统中的能量消耗，延长留轨末子级的可机动生命；而且，包括末子级轨姿控动力系统中的末子级姿控系统与留轨姿控组件的姿控驱动组合，有利于实现根据实际姿控需要配合出多样化的驱动力输出，也有利于缩小末子级姿控系统和留轨姿控组件的功率和尺寸。

本申请实施例提供的技术方案为固体运载火箭中末子级的留轨应用研究提出了可行的研究方向。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种固体运载火箭的留轨末子级的实施方式一的结构框架示意图；

图2为本申请实施例提供的一种固体运载火箭的留轨末子级中末子级发动机的结构框架示意图；

图3为本申请实施例提供的一种固体运载火箭的留轨末子级中可控泵送管路的结构框架示意图；

图4为本申请实施例提供的一种固体运载火箭的留轨末子级的实施方式二的结构框架示意图；

图5为本申请实施例提供的一种固体运载火箭的实施方式一的结构框架示意图；

图6为本申请实施例提供的一种固体运载火箭的实施方式二的结构框架示意图；

图7为本申请实施例提供的一种留轨末子级的控制方法的流程示意图；

图8为本申请实施例提供的一种留轨末子级的控制方法中，根据机动指令控制末子级发动机、以及末子级姿控系统和留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动的流程示意图；

图9为本申请实施例提供的一种留轨末子级的控制装置的结构框架示意图。

图中：

100-留轨末子级；

110-末子级本体；

120-末子级轨姿控动力系统；121-末子级发动机；122-末子级姿控系统；

130-留轨姿控组件；131-反作用飞轮；132-磁力矩器；

140-控制器；141-第一子控制器；142-第二子控制器；

150-蓄电池；160-太阳能电源组件；170-太阳敏感器；180-热控系统；

10-第一燃料仓；20-第二燃料仓；30-喷管；40-第一可控泵送管路；50-第二可控泵送管路；11-导流管；12-燃料泵；13-电磁阀；

200-固体运载火箭；210-固体推进级；

300-留轨末子级的控制装置；310-指令获取模块；320-指令执行模块。

具体实施方式

下面结合本申请中的附图描述本申请的实施例。应理解，下面结合附图所阐述的实施方式，是用于解释本申请实施例的技术方案的示例性描述，对本申请实施例的技术方案不构成限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除实现为本技术领域所支持其他特征、信息、数据、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合等。应该理解，当我们称一个元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，该一个元件可以直接连接或耦接到另一元件，也可以指该一个元件和另一元件通过中间元件建立连接关系。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的术语“和/或”指该术语所限定的项目中的至少一个，例如“A和/或B”可以实现为“A”，或者实现为“B”，或者实现为“A和B”。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请的研发思路包括：航天运载火箭通常包括固体运载火箭和液体运载火箭这两种。

其中，固体运载火箭的发动机使用固体推进剂，即使用固态化学物质（能源和工质）作为推进剂；液体运载火箭的发动机使用液态推进剂，即使用液态化学物质（能源和工质）作为推进剂。相对于固态推进剂而言，液态推进剂的推力更大，比冲更高。

固体运载火箭和液体运载火箭的推进剂的形态不同，决定了两种运载火箭的结构不同，具体是：固体火箭发动机主要由壳体、固体推进剂、喷管组件、点火装置等四部分组成；液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。可见，液体运载火箭的结构要比固体运载火箭的结构更为复杂，尺寸通常更大。

因此，液体运载火箭通常应用于大型运载火箭领域，而固体运载火箭更适合应用于小型运载火箭领域。

目前，针对运载火箭末子级的留轨应用研究主要集中在液体运载火箭上，但是大型液体火箭末级尺寸较大，其在轨需求较高，例如，留轨需要配备较大的太阳能电池板和在轨控制设备，附加成本较高，不适合小型在轨载荷的应用；并且，由于大型液体火箭末级尺寸较大，在轨机动所需的能量较多，因此由大型液体火箭末级改造的留轨平台一般仅具备在轨能力，而没有变轨机动能力。

而受限于固体运载火箭的自身特点，针对固体运载火箭中末子级的留轨应用研究目前还处于空白期。

本申请提供的固体运载火箭及其留轨末子级，旨在解决现有技术的如上技术问题。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。需要指出的是，下述实施方式之间可以相互参考、借鉴或结合，对于不同实施方式中相同的术语、相似的特征以及相似的实施步骤等，不再重复描述。

本申请实施例提供了一种固体运载火箭的留轨末子级100，该留轨末子级100的结构框架示意图如图1所示，包括：末子级本体110，末子级轨姿控动力系统120，留轨姿控组件130，控制器140和蓄电池150。

末子级本体110用于与运载物可分离连接。

末子级轨姿控动力系统120包括分别与末子级本体110连接的末子级发动机121和末子级姿控系统122。

留轨姿控组件130与末子级本体110连接，留轨姿控组件130的驱动力小于末子级姿控系统122的驱动力。

控制器140分别与末子级发动机121、末子级姿控系统122和留轨姿控组件130信号连接，控制器140被配置用于在末子级本体110与运载物分离后，获取并根据机动指令控制末子级发动机121、以及末子级姿控系统122和留轨姿控组件130中的至少一种工作，以实现变轨机动或在轨姿态调整。

蓄电池150分别与末子级发动机121、末子级姿控系统122、留轨姿控组件130以及控制器140电连接。

本实施例提供的一种固体运载火箭的留轨末子级100，配置了末子级轨姿控动力系统120以及留轨姿控组件130以实现变轨机动或在轨姿态调整，即为固体运载火箭的留轨末子级100赋予了机动性能，可以充分挖掘固体运载火箭200的富余运载能力，利于在现有固体运载火箭200的基础上通过简易改装和有效载荷加装，能够在固体运载火箭200完成针对运载物的运送任务后继续服务于后续太空任务，即对固体运载火箭200的末子级进行了复用，无需再次发射费用，提高固体运载火箭200的末子级的利用率。

其中，留轨姿控组件130的驱动力小于末子级姿控系统122的驱动力，这样可以在留轨末子级100的姿态调整驱动力较小时，仅控制留轨姿控组件130工作，有利于降低末子级轨姿控动力系统120中的能量消耗，延长留轨末子级100的可机动生命；而且，包括末子级轨姿控动力系统120中的末子级姿控系统122与留轨姿控组件130的姿控驱动组合，有利于实现根据实际姿控需要配合出多样化的驱动力输出，也有利于缩小末子级姿控系统122和留轨姿控组件130的功率和尺寸。

在一些示例中，末子级本体110可以为承重框架结构。

在一些示例中，蓄电池150可以为电池，为留轨末子级100上的相关元器件、驱动设备等供电。

在一些示例中，控制器140可以采用箭载计算机。

在一些示例中，控制器140可以被配置用于在末子级本体110与运载物分离后，获取并根据第一机动指令控制末子级发动机121工作，通过改变飞行速度来实现绕地轨道的改变，即实现变轨机动。

在一些示例中，控制器140可以被配置用于在末子级本体110与运载物分离后，获取并根据第二机动指令控制末子级发动机121和末子级姿控系统122工作，通过改变留轨末子级100的飞行驱动角度来实现更为精准、快速的变轨机动。其中，末子级发动机121与末子级姿控系统122配合工作时，留轨末子级100的飞行驱动角度改变幅度相对更大、改变速度相对更快，相对更容易提高较大驱动角度改变的完成速度。

在一些示例中，控制器140可以被配置用于在末子级本体110与运载物分离后，获取并根据第三机动指令控制末子级发动机121和留轨姿控组件130工作，通过改变留轨末子级100的飞行驱动角度来实现更为精准、快速的变轨机动。其中，末子级发动机121与留轨姿控组件130配合工作时，留轨末子级100的飞行驱动角度改变幅度相对更小、改变速度相对更慢，相对更容易提高驱动角度改变的精度。

在一些示例中，控制器140可以被配置用于在末子级本体110与运载物分离后，获取并根据第四机动指令控制末子级发动机121、末子级姿控系统122和留轨姿控组件130全部工作，通过改变留轨末子级100的飞行驱动角度来实现更为精准、快速的变轨机动。其中，末子级发动机121、末子级姿控系统122和留轨姿控组件130三者配合工作，利于实现留轨末子级100的较大飞行驱动角度改变的过程中，兼顾获得较快完成速度与较高的调节精度。

在一些示例中，控制器140可以被配置用于在末子级本体110与运载物分离后，获取并根据第五机动指令控制末子级姿控系统122工作，以实现留轨末子级100的在轨姿态调整。相对与留轨姿控组件130而言，末子级姿控系统122的在轨姿态调整幅度相对更大、调整速度相对更快，相对更容易提高在轨姿态大角度调整的完成速度。

在一些示例中，控制器140可以被配置用于在末子级本体110与运载物分离后，获取并根据第六机动指令控制留轨姿控组件130工作，也可以实现留轨末子级100的在轨姿态调整。相对与末子级姿控系统122而言，留轨姿控组件130的在轨姿态调整幅度相对更小、调整速度相对更慢，相对更容易提高在轨姿态调整的精度。

在一些示例中，控制器140可以被配置用于在末子级本体110与运载物分离后，获取并根据第七机动指令控制末子级发动机121和留轨姿控组件130均工作，即末子级姿控系统122与留轨姿控组件130配合工作，利于实现留轨末子级100的在轨姿态大角度调整的过程中，兼顾获得较快完成速度与较高的调节精度。

本申请的研发思路还包括：末子级轨姿控动力系统120的可启动、停机次数会影响留轨末子级100的可机动生命，即机动能力。为此，本申请为留轨末子级100的末子级轨姿控动力系统120提供如下一种可能的实现方式：

如图2所示，本申请实施例的末子级发动机121包括：用于存储液态燃烧剂的第一燃料仓10，用于存储液态氧化剂的第二燃料仓20，喷管30，以及连接第一燃料仓10与喷管30的第一可控泵送管路40，连接第二燃料仓20与喷管30的第二可控泵送管路50。

其中，第一可控泵送管路40和第二可控泵送管路50分别与控制器140信号连接。

在本实施例中，末子级轨姿控动力系统120中的末子级发动机121采用液体发动机，可以利用液体发动机易于多次启动、关机及调节推力特性，提高留轨末子级100的机动能力。

在一些示例中，液态燃烧剂可以采用一甲基肼，液态氧化剂可以采用绿色四氧化二氮，它们俩具有见面就能发生剧烈的氧化还原反应的特性，利用该特性，有利于减少末子级发动机121的用于点火的火工品消耗量，甚至无需使用火工品，通过降低甚至解除点火次数的约束，也能提高留轨末子级100的机动能力。

在一些可能的实施方式中，第一可控泵送管路40和第二可控泵送管路50中的至少一种可控泵送管路包括：导流管11，以及设置于导流管11上的燃料泵12和电磁阀13，如图3所示。

其中，燃料泵12和电磁阀13分别与控制器140信号连接。

在本实施例中，导流管11可以用于输送液态燃烧剂或液态氧化剂，导流管11上的燃料泵12和电磁阀13分别由控制器140控制启/停，其中燃料泵12可以为导流管11输送液态燃烧剂或液态氧化剂提供泵送动力，电磁阀13的开/闭可以对导流管11内流体实现流通/截止的控制，即电磁阀13是实现液态燃烧剂或液态氧化剂的供应与断开的开关。

在一些可能的实施方式中，末子级发动机121与末子级姿控系统122为集成一体化结构。

在本实施例中，末子级发动机121与末子级姿控系统122集成一体，有利于共享推进剂，也利于实现末子级姿控系统122的驱动力大于留轨姿控组件130的驱动力。

为实现留轨姿控组件130的驱动力小于末子级姿控系统122的驱动力，本申请为留轨末子级100的留轨姿控组件130提供如下一种可能的实现方式：

如图4所示，本申请实施例的留轨姿控组件130包括反作用飞轮131和磁力矩器132中的至少一种。

反作用飞轮131和/或磁力矩器132与控制器140信号连接。

在本实施例中，反作用飞轮131和磁力矩器132均可以通过输出力矩，以实现调整或者保持留轨末子级100飞行姿态。

在一些示例中，反作用飞轮131和磁力矩器132可以分别单独使用。

在一些示例中，反作用飞轮131和磁力矩器132可以配合协同使用。

在一些可能的实施方式中，如图4所示，控制器140包括：第一子控制器141和第二子控制器142。

第一子控制器141分别与末子级发动机121和末子级姿控系统122信号连接，第一子控制器141被配置用于在末子级本体110与运载物分离后，获取并根据机动指令控制末子级发动机121和末子级姿控系统122中的至少一种工作，和/或发出姿态调整指令。

第二子控制器142分别与第一子控制器141和留轨姿控组件130信号连接，第二子控制器142被配置用于获取并根据姿态调整指令控制留轨姿控组件130工作。

在本实施例中，采用第一子控制器141和第二子控制器142的组合控制结构系协同实现留轨末子级100的机动控制，可以降低单个处理器的性能要求，进而有效降低成本。亦或是，可有效丰富运算资源、提高复杂控制算法的运算能力、降低运算延时率或缩短运算延时的时长，进而有效提高机动控制的精度。

为了在固体运载火箭200完成针对运载物的运送任务后，留轨末子级100能够为后续太空任务提供生命期更长、或机动性精度更高的服务，本申请为留轨末子级100提供如下可能的实现方式：

如图4所示，本申请实施例的留轨末子级100还包括：分别与末子级本体110连接的太阳能电源组件160、太阳敏感器170和热控系统180中的至少一种。

太阳能电源组件160与蓄电池150电连接。太阳能电源组件160可以将太阳能转换为电能，即为留轨末子级100提供可持续的电力供应，转化的电能可由蓄电池150储备。例如，太阳能电源组件160可以包括太阳能帆板。

太阳敏感器170与控制器140信号连接。太阳敏感器170是通过敏感太阳矢量的方位来确定太阳矢量在星体坐标中的方位，从而获取航天器相对于太阳方位信息的光学姿态敏感器。

热控系统180与控制器140信号连接。热控系统180为其他系统创造适合工作的热环境，航天器的热控系统180可以由热控涂层、热管、多层隔热组件、控温仪，电加热器、风扇、流体回路、湿度调节装置、百叶窗和相变控温装置等组成。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种固体运载火箭200，包括：如上述各实施例提供的任一种留轨末子级100。

在本实施例中，由于固体运载火箭200包括了前述实施例提供的任一种留轨末子级100，其实现原理和有益效果相类似，此处不再赘述。

在一些可能的实施方式中，固体运载火箭200还包括至少一级固体推进级210。

其中，一个固体推进级210与留轨末子级100的末子级本体110可分离连接，所有固体推进级210中的至少部分固体推进级210依次可分离连接。

在一些示例中，如图5所示，所有固体推进级210依次首尾可分离连接。

在一些示例中，如图6所示，一部分固体推进级210依次首尾可分离连接，另一部分固体推进级210呈并排或环绕状可分离连接。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种留轨末子级的控制方法，应用于如上述各实施例提供的任一种留轨末子级100，该控制方法的流程示意图如图7所示，包括以下步骤S101-S102：

S101：获取机动指令。

S102：根据机动指令控制末子级发动机、以及末子级姿控系统和留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动或在轨姿态调整。

本实施例提供的留轨末子级的控制方法，可以控制前述各实施例提供的任意一种固体运载火箭的留轨末子级100实现机动飞行，具体是控制留轨末子级100中末子级轨姿控动力系统120以及留轨姿控组件130以实现变轨机动或在轨姿态调整。这样可以充分挖掘固体运载火箭200的富余运载能力，利于在现有固体运载火箭200的基础上通过简易改装和有效载荷加装，能够在固体运载火箭200完成针对运载物的运送任务后继续服务于后续太空任务，即对固体运载火箭200的末子级进行了复用，无需再次发射费用，提高固体运载火箭200的末子级的利用率。

本实施例提供的留轨末子级的控制方法，可以由前述各实施例提供的任意一种固体运载火箭的留轨末子级100中的控制器140执行。

在一些可能的实施方式中，如图8所示，上述步骤S102中根据机动指令控制末子级发动机、以及末子级姿控系统和留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动，包括以下步骤S201-S204：

S201：确定与机动指令对应的驱动力与参考阈值区间之间的关系。之后执行以下步骤S202-S204中的任一种。

S202：若驱动力小于参考阈值区间，则控制末子级发动机和留轨姿控组件工作。

S203：若驱动力属于参考阈值区间，则控制末子级发动机和末子级姿控系统工作。

S204：若驱动力大于参考阈值区间，则控制末子级发动机、末子级姿控系统和留轨姿控组件工作。

经过上述步骤S201-S204，可以在固体运载火箭的留轨末子级100进行变轨机动的过程中，实现末子级发动机121和留轨姿控组件130的协同工作，或是末子级发动机121和末子级姿控系统122协同工作，或是末子级发动机121、末子级姿控系统122和留轨姿控组件130的协同工作，有利于充分利用末子级姿控系统122和留轨姿控组件130的不同规格，易于实现驱动力的自由组合，丰富控制效果。

需要说明的是，参考阈值区间指的是：用于判定为实现留轨末子级100进行变轨机动所需要启动或介入的驱动设备（包括次末子级姿控系统122和留轨姿控组件130）的种类和数量的参考区间值。该参考区间值可以根据设计需要而确定，在此不作限定。

基于同一发明构思，本申请实施例提供的一种留轨末子级的控制装置300，应用于如上述各实施例提供的任一种留轨末子级100，该控制装置的结构框架示意图如图9所示，包括：指令获取模块310和指令执行模块320。

指令获取模块310用于获取机动指令。

指令执行模块320用于根据机动指令控制末子级发动机121、以及末子级姿控系统122和留轨姿控组件130中的至少一种工作，以实现变轨机动。

本实施例提供的一种留轨末子级的控制装置300可执行本申请实施例提供的任一种留轨末子级的控制方法，其实现原理相类似，此处不再赘述。

基于同一的发明构思，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被电子设备执行时实现如上述各实施例提供的任一种留轨末子级的控制方法。

本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质适用于上述任一种留轨末子级的控制方法的各种可选实施方式。在此不再赘述。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

1、提供的一种固体运载火箭的留轨末子级100，配置了末子级轨姿控动力系统120以及留轨姿控组件130以实现变轨机动或在轨姿态调整，即为固体运载火箭的留轨末子级100赋予了机动性能，可以充分挖掘固体运载火箭200的富余运载能力，利于在现有固体运载火箭200的基础上通过简易改装和有效载荷加装，能够在固体运载火箭200完成针对运载物的运送任务后继续服务于后续太空任务，即对固体运载火箭200的末子级进行了复用，无需再次发射费用，提高固体运载火箭200的末子级的利用率。

2、留轨姿控组件130的驱动力小于末子级姿控系统122的驱动力，这样可以在留轨末子级100的姿态调整驱动力较小时，仅控制留轨姿控组件130工作，有利于降低末子级轨姿控动力系统120中的能量消耗，延长留轨末子级100的可机动生命；而且，包括末子级轨姿控动力系统120中的末子级姿控系统122与留轨姿控组件130的姿控驱动组合，有利于实现根据实际姿控需要配合出多样化的驱动力输出，也有利于缩小末子级姿控系统122和留轨姿控组件130的功率和尺寸。

3、末子级轨姿控动力系统120中的末子级发动机121采用液体发动机，可以利用液体发动机易于多次启动、关机及调节推力特性，提高留轨末子级100的机动能力。

4、导流管11可以用于输送液态燃烧剂或液态氧化剂，导流管11上的燃料泵12和电磁阀13分别由控制器140控制启/停，其中燃料泵12可以为导流管11输送液态燃烧剂或液态氧化剂提供泵送动力，电磁阀13的开/闭可以对导流管11内流体实现流通/截止的控制，即电磁阀13是实现液态燃烧剂或液态氧化剂的供应与断开的开关。

5、末子级发动机121与末子级姿控系统122集成一体，有利于共享推进剂，也利于实现末子级姿控系统122的驱动力大于留轨姿控组件130的驱动力。

6、采用第一子控制器141和第二子控制器142的组合控制结构系协同实现留轨末子级100的机动控制，可以降低单个处理器的性能要求，进而有效降低成本。亦或是，可有效丰富运算资源、提高复杂控制算法的运算能力、降低运算延时率或缩短运算延时的时长，进而有效提高机动控制的精度。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，词语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系，为基于附图所示的示例性的方向或位置关系，是为了便于描述或简化描述本申请的实施例，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤的实施顺序并不受限于箭头所指示的顺序。除非本文中有明确的说明，否则在本申请实施例的一些实施场景中，各流程中的步骤可以按照需求以其他的顺序执行。而且，各流程图中的部分或全部步骤基于实际的实施场景，可以包括多个子步骤或者多个阶段。这些子步骤或者阶段中的部分或全部可以在同一时刻被执行，也可以在不同的时刻被执行在执行时刻不同的场景下，这些子步骤或者阶段的执行顺序可以根据需求灵活配置，本申请实施例对此不限制。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的方案技术构思的前提下，采用基于本申请技术思想的其他类似实施手段，同样属于本申请实施例的保护范畴。

Claims (13)

1.一种固体运载火箭的留轨末子级，其特征在于，包括：

末子级本体，用于与运载物可分离连接；

末子级轨姿控动力系统，包括分别与所述末子级本体连接的末子级发动机和末子级姿控系统；

留轨姿控组件，与所述末子级本体连接，所述留轨姿控组件的驱动力小于所述末子级姿控系统的驱动力；

控制器，分别与所述末子级发动机、所述末子级姿控系统和留轨姿控组件信号连接，所述控制器被配置用于在所述末子级本体与所述运载物分离后，获取并根据机动指令控制所述末子级发动机、以及所述末子级姿控系统和所述留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动或在轨姿态调整；

蓄电池，分别与所述末子级发动机、所述末子级姿控系统、所述留轨姿控组件以及所述控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的留轨末子级，其特征在于，所述末子级发动机包括：用于存储液态燃烧剂的第一燃料仓，用于存储液态氧化剂的第二燃料仓，喷管，以及连接所述第一燃料仓与所述喷管的第一可控泵送管路，连接所述第二燃料仓与所述喷管的第二可控泵送管路；

其中，所述第一可控泵送管路和所述第二可控泵送管路分别与所述控制器信号连接。

3.根据权利要求2所述的留轨末子级，其特征在于，所述第一可控泵送管路和所述第二可控泵送管路中的至少一种可控泵送管路包括：导流管，以及设置于所述导流管上的燃料泵和电磁阀；

其中，所述燃料泵和所述电磁阀分别与所述控制器信号连接。

4.根据权利要求1-3中任一所述的留轨末子级，其特征在于，所述末子级发动机与所述末子级姿控系统为集成一体化结构。

5.根据权利要求1所述的留轨末子级，其特征在于，所述留轨姿控组件包括反作用飞轮和磁力矩器中的至少一种；

所述反作用飞轮和/或所述磁力矩器与所述控制器信号连接。

6.根据权利要求1所述的留轨末子级，其特征在于，所述控制器包括：

第一子控制器，分别与所述末子级发动机和所述末子级姿控系统信号连接，所述第一子控制器被配置用于在所述末子级本体与所述运载物分离后，获取并根据机动指令控制所述末子级发动机和所述末子级姿控系统中的至少一种工作，和/或发出姿态调整指令；

第二子控制器，分别与所述第一子控制器和所述留轨姿控组件信号连接，所述第二子控制器被配置用于获取并根据所述姿态调整指令控制所述留轨姿控组件工作。

7.根据权利要求1所述的留轨末子级，其特征在于，所述留轨末子级还包括：分别与所述末子级本体连接的太阳能电源组件、太阳敏感器和热控系统中的至少一种；

所述太阳能电源组件与所述蓄电池电连接；

所述太阳敏感器与所述控制器信号连接；

所述热控系统与所述控制器信号连接。

8.一种固体运载火箭，其特征在于，包括：如上述权利要求1-7中任一所述的留轨末子级。

9.根据权利要求8所述的固体运载火箭，其特征在于，所述固体运载火箭还包括至少一级固体推进级；

一个所述固体推进级与所述留轨末子级的末子级本体可分离连接；

所有所述固体推进级中的至少部分所述固体推进级依次可分离连接。

10.一种留轨末子级的控制方法，其特征在于，应用于如上述权利要求1-7中任一所述的留轨末子级，包括：

获取机动指令；

根据所述机动指令控制所述末子级发动机、以及所述末子级姿控系统和所述留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动或在轨姿态调整。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述机动指令控制所述末子级发动机、以及所述末子级姿控系统和所述留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动，包括：

确定与所述机动指令对应的驱动力与参考阈值区间之间的关系；

若所述驱动力小于所述参考阈值区间，则控制所述末子级发动机和所述留轨姿控组件工作；

若所述驱动力属于所述参考阈值区间，则控制所述末子级发动机和所述末子级姿控系统工作；

若所述驱动力大于所述参考阈值区间，则控制所述末子级发动机、所述末子级姿控系统和所述留轨姿控组件工作。

12.一种留轨末子级的控制装置，其特征在于，应用于如上述权利要求1-7中任一所述的留轨末子级，包括：

指令获取模块，用于获取机动指令；

指令执行模块，用于根据所述机动指令控制所述末子级发动机、以及所述末子级姿控系统和所述留轨姿控组件中的至少一种工作，以实现变轨机动。

13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机可读存储介质的特征在于，所述计算机程序被电子设备执行时实现如权利要求10-11中任一所述的留轨末子级的控制方法。

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