何兆伟，葛 冰，徐利杰，李平岐

(1. 北京宇航系统工程研究所，北京 100076；2. 中国长征火箭有限公司，北京 100070)

0 引言

智慧火箭研制的目标是实现设计和试验效率的提升，具体表现为：1周完成总体构型优化、1个月完成总体方案设计且一次成功率100%[1]。而在火箭总体设计中，弹道设计起着极其重要的作用，火箭总体方案、设计参数、运载性能与飞行方案都是根据弹道设计的结果而确定的[2]。运载火箭弹道设计是一种典型的非线性规划问题[3]，设计过程除了要符合火箭自身构型特点和有效载荷入轨要求外，还要满足发射场、落区、飞行安全、地面跟踪测量与控制等约束条件。算法对初值的设置较为敏感，常出现运算发散的情况[4]，特别是在发射任务类型变化时，现有工程设计方法还较为依赖人员的自身经验，需要进行部分手动调整和优化。

本文从解决上述问题出发，对不同初值给定方法[5-8]进行了大量仿真研究。最终通过引入多属性权衡空间探索及全局优化思想，结合弹道设计需求建立了权衡空间中方案的评价指标，给出了初值搜索方法并据此重塑了工程弹道设计流程。同时，以较为复杂的三级半且末级两次启动的液体运载火箭为对象进行了仿真验证。

1 弹道设计模型

1.1 弹道计算

弹道计算采用旋转椭球地球模型，考虑摄动项影响，所用动力学模型和飞行程序设计方法参见文献[9]。

工程弹道计算中使用“弹道级”的概念以提升设计配置的通用性和适用范围，每一个飞行段即为一个弹道级，包括结构级(含质量特性、加注诸元、动力参数等)、导引、关机、控制、气动、飞行程序、分离和通用属性等对象。……