一种主动式火箭定位回收系统及回收方法与流程

本申请涉及航空航天器回收，尤其涉及一种主动式火箭定位回收系统及回收方法。

背景技术：

1、运载火箭一级回收是降低发射成本、实现高频次商业发射的关键。主流回收方案包括以spacex为代表的塔架机械臂捕获方案和我国采用的“箭上挂钩+地面/船载拦阻网”方案。前者要求火箭在着陆末段具备极高的位置与姿态控制精度，且回收装置固定于发射塔，无法灵活部署；后者将捕获机构设于大型固定平台或排水量达万吨级的回收船上，虽部分降低了箭上制导要求，但回收网面为被动等待式，对火箭落点偏差的包容性依然有限，且平台建造和运维成本高昂。上述方案共同存在回收装置固定化、捕获面被动等待、对箭上末端制导精度依赖较强、平台依赖度高等缺陷。近年来虽有提出采用无人机辅助回收的构想，但多集中于利用无人机吊运箭体，即捕获后由无人机承担箭体全部重力进行转运。该模式要求单架无人机载荷能力达到数吨乃至数十吨级，远超当前电动或油动多旋翼无人机的技术上限，制约了空基回收路线的实用化。

2、综上，相关技术中存在的技术问题有待得到改善。

技术实现思路

1、本申请实施例的主要目的在于提出一种主动式火箭定位回收系统及回收方法，能够提高无人机吊运箭体的实用性和可靠性。

2、为实现上述目的，本申请实施例的一方面提出了一种主动式火箭定位回收系统，所述系统包括多架无人飞行器和阻拦装置，所述阻拦装置用于通过阻拦索分别连接所述无人飞行器上的绞盘装置和待回收火箭上的锚点；

3、所述无人飞行器用于实时获取所述待回收火箭的位置信息、姿态信息和速度信息；根据所述位置信息、所述姿态信息和所述速度信息，控制所述阻拦装置挂接所述待回收火箭；在完成与所述待回收火箭的挂接后，根据所述位置信息、所述姿态信息和所述速度信息对所述待回收火箭进行侧倾趋势预测，得到侧倾趋势；根据所述侧倾趋势进行水平回复力计算，得到不同方向的水平回复力；根据所述水平回复力调整所述无人飞行器的空间位置和所述绞盘装置的张力。

4、在一些实施例中，所述阻拦装置包括多级能量消散装置，所述多级能量消散装置设置于所述阻拦索上；

5、所述多级能量消散装置用于分阶段吸收冲击动能。

6、在一些实施例中，所述多级能量消散装置包括电磁涡流阻尼器、液压阻尼器和摩擦锁定器，所述电磁涡流阻尼器、所述液压阻尼器和所述摩擦锁定器依次串联在所述阻拦索上

7、所述电磁涡流阻尼器用于提供侧向冲击的初始缓冲；

8、所述液压阻尼器用于吸收所述待回收火箭的残余动能；

9、所述摩擦锁定器用于在所述待回收火箭的箭体姿态稳定后，固定所述拦阻索的伸出长度，以维持侧向约束刚度。

10、在一些实施例中，所述拦阻索其中一端的末端设置有快挂接头，所述快挂接头包括向外张开的导向斜面和弹性卡扣；

11、所述快挂接头用于在通过导向斜面对待回收火箭上的锚点的圆环完成初步定位后，推进弹性卡扣进入圆环，以完成连接。

12、在一些实施例中，所述无人飞行器包括视觉相机阵列；

13、所述视觉相机阵列用于对所述待回收火箭的锚点的光学识别标记进行识别，确定锚点位置，以引导快挂接头连接锚点，所述位置信息包括所述锚点位置。

14、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种主动式火箭定位回收方法，所述方法应用于如上述实施例所述的主动式火箭定位回收系统，所述方法包括以下步骤：

15、实时获取所述待回收火箭的位置信息、姿态信息和速度信息；

16、根据所述位置信息、所述姿态信息和所述速度信息，控制所述阻拦装置挂接所述待回收火箭；

17、在完成与所述待回收火箭的挂接后，根据所述位置信息、所述姿态信息和所述速度信息对所述待回收火箭进行侧倾趋势预测，得到侧倾趋势；

18、根据所述侧倾趋势进行水平回复力计算，得到不同方向的水平回复力；

19、根据所述水平回复力调整无人飞行器的空间位置和绞盘装置的张力。

20、在一些实施例中，所述根据所述位置信息、所述姿态信息和所述速度信息对所述待回收火箭进行侧倾趋势预测，得到侧倾趋势，包括：

21、对所述位置信息、所述姿态信息和所述速度信息分别进行坐标转换，得到在地理坐标系下的多个箭体状态估计值；

22、基于置信权重矩阵对所述箭体状态估计值进行加权求和，得到融合数据；

23、根据所述融合数据对所述待回收火箭进行侧倾趋势预测，得到侧倾趋势。

24、在一些实施例中，所述根据所述融合数据对所述待回收火箭进行侧倾趋势预测，得到侧倾趋势，包括：

25、根据所述融合数据进行状态向量构建，得到状态向量；

26、基于不同时刻的状态向量分别构建状态方程和量测方程；

27、根据上一时刻的状态估计值进行采样，得到sigma点集；

28、根据所述状态方程对所述sigma点集进行时间更新，得到当前时刻的状态预测值；

29、根据所述量测方程对所述sigma点集进行观测更新，得到当前时刻的观测预测值；

30、根据所述观测预测值对所述状态预测值进行观测修正，得到所述侧倾趋势。

31、在一些实施例中，所述侧倾趋势包括不同方向的倾斜角度和角速度，所述根据所述侧倾趋势进行水平回复力计算，得到不同方向的水平回复力，包括：

32、当所述倾斜角度大于预设阈值，则判定所述待回收火箭的箭体发生倾斜，并根据所述倾斜角度和所述角速度进行水平回复力计算，得到水平回复力。

33、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前面所述的方法。

34、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前面所述的方法。

35、为实现上述目的，本申请实施例的另一方面提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前面所述的方法。

36、本申请实施例至少包括以下有益效果：本申请提供一种主动式火箭定位回收系统、回收方法、电子设备、存储介质及程序产品，该方案通过无人飞行器和阻拦装置为待回收火箭提供水平方向力，从而进行空间定位约束，挂接后仅通过绞盘张力和无人机位置调整将箭体固定于预设就位点，维持待回收火箭箭体的竖直状态，无人机无需承担箭体全重，提高无人机吊运箭体的实用性和可靠性，通过预测箭体侧倾趋势，实现主动防倾斜，提高回收安全性与抗扰动能力。

1.一种主动式火箭定位回收系统，其特征在于，所述系统包括多架无人飞行器和阻拦装置，所述阻拦装置用于通过阻拦索分别连接所述无人飞行器上的绞盘装置和待回收火箭上的锚点；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阻拦装置包括多级能量消散装置，所述多级能量消散装置设置于所述阻拦索上；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多级能量消散装置包括电磁涡流阻尼器、液压阻尼器和摩擦锁定器，所述电磁涡流阻尼器、所述液压阻尼器和所述摩擦锁定器依次串联在所述阻拦索上

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述拦阻索其中一端的末端设置有快挂接头，所述快挂接头包括向外张开的导向斜面和弹性卡扣；

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人飞行器包括视觉相机阵列；

6.一种主动式火箭定位回收方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至5任一项所述的主动式火箭定位回收系统，所述方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述位置信息、所述姿态信息和所述速度信息对所述待回收火箭进行侧倾趋势预测，得到侧倾趋势，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述融合数据对所述待回收火箭进行侧倾趋势预测，得到侧倾趋势，包括：

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述侧倾趋势包括不同方向的倾斜角度和角速度，所述根据所述侧倾趋势进行水平回复力计算，得到不同方向的水平回复力，包括：

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求6至9中任一项所述的方法。