中新網(wǎng)北京3月29日電 (馬帥莎 鄭瑩瑩 陳葆娟)3月29日，長征六號改(以下簡稱“長六改”)運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功首飛，中國長征系列運載火箭家族再添新成員，同時也成功填補了國內(nèi)運載火箭固液聯(lián)合控制領(lǐng)域空白。
作為中國首型固體捆綁運載火箭，長六改火箭是一款采用“固體助推+液體芯級”的新一代無毒無污染中型運載火箭，四個剛勁有力的固體助推器是其區(qū)別于現(xiàn)役運載火箭的最大特征，電動伺服系統(tǒng)作為助推器固體發(fā)動機(jī)的配套執(zhí)行子系統(tǒng)，是實現(xiàn)運載火箭姿態(tài)和軌道控制的關(guān)鍵一環(huán)。
發(fā)射現(xiàn)場。鄭斌 供圖從“光桿箭”到“剛?cè)岵?jì)”的三級跳
中國航天科技集團(tuán)八院長征六號改控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)人周靜表示，八院現(xiàn)役運載火箭均為單芯級構(gòu)型，從外形上看，就是一根“光桿箭”，長六改火箭是八院首款采用芯級捆綁4枚助推器構(gòu)型的火箭，也是國內(nèi)首款固液混合動力火箭，一次性實現(xiàn)了從單芯級到芯級助推捆綁，再到液體芯級固體助推混合捆綁的三級跳。
作為中國第一型“混合動力”的新一代長征系列運載火箭，長六改火箭充分發(fā)揮液體發(fā)動機(jī)性能高、工作時間長和固體發(fā)動機(jī)推力大、工作可靠、使用維護(hù)簡單的綜合優(yōu)勢。
周靜說，四個固體助推器為全箭提供了近70%的推力，讓長六改火箭更能扛，飛得更高?！白鳛榭刂葡到y(tǒng)研制單位，我們的任務(wù)是讓火箭擁有一個更聰明也更健壯的‘大腦’，讓長六改火箭飛得更穩(wěn)，更精準(zhǔn)地將衛(wèi)星‘投遞’到預(yù)定軌道?！?/p>發(fā)射現(xiàn)場。鄭斌 供圖
跨界混搭“水手團(tuán)” 確?；鸺椒€(wěn)飛行
火箭在空中飛行，猶如巨輪遨游在海洋中，控制系統(tǒng)是舵手，指揮航行軌道，發(fā)動機(jī)為船帆，提供前進(jìn)動力，而伺服系統(tǒng)則是水手，聽從舵手指令拉動船帆改變航行方向。
對于長六改火箭而言，需要一個異常強(qiáng)壯的“水手團(tuán)”來推動自身的固體發(fā)動機(jī)柔性噴管，電動伺服系統(tǒng)以結(jié)構(gòu)簡單、研制成本低、可靠性高、維護(hù)方便等先天優(yōu)勢成為助推固體發(fā)動機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的首選。
“固體發(fā)動機(jī)推力大，但本身存在推力全程不穩(wěn)定的問題，不像液體發(fā)動機(jī)可以持續(xù)輸出一條平穩(wěn)的直線?！?中國航天科技集團(tuán)八院長征六號改控制系統(tǒng)副主任設(shè)計師胡存明說，“而且捆綁在火箭四個方位的固體助推器，點火后也做不到完全‘步調(diào)一致’，有的是急性子，有的稍微慢一點，這會對火箭產(chǎn)生一定的翻轉(zhuǎn)力矩。”
為此，控制系統(tǒng)研制團(tuán)隊創(chuàng)新采用固體捆綁火箭三通道聯(lián)合搖擺控制方案，將“液氧煤油發(fā)動機(jī)+液壓伺服機(jī)構(gòu)”與“固體發(fā)動機(jī)+電動伺服機(jī)構(gòu)”這種跨界混搭組合牢牢“拿捏”，確保火箭的平穩(wěn)飛行。
自我診斷與修復(fù) 實現(xiàn)火箭智能飛行
針對在火箭飛行過程中對姿態(tài)調(diào)整起著關(guān)鍵作用的伺服系統(tǒng)，研制團(tuán)隊還在國內(nèi)首次提出并應(yīng)用了在線故障診斷與自適應(yīng)重構(gòu)技術(shù)。
據(jù)胡存明介紹，以前，研制人員會將伺服系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障模式一一列出，制定好控制策略，預(yù)裝到飛行軟件里。“但是對于長六改火箭而言，伺服機(jī)構(gòu)多達(dá)12臺，單臺伺服機(jī)構(gòu)的故障模式也多達(dá)18種，所以我們要‘教會’它如何在線自我診斷和自我修復(fù)，用智能控制方法讓火箭智能飛行。” 胡存明說。
在飛行過程中，當(dāng)某臺伺服機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)會根據(jù)自我診斷后的結(jié)果，重新進(jìn)行計算并分配指令，確?？刂屏狭Σ蛔?。中國航天科技集團(tuán)八院長征六號改控制系統(tǒng)副主任設(shè)計師張飛表示，“要做到既不‘漏診’也不‘誤診’，這不僅關(guān)系到飛行穩(wěn)定性，還關(guān)系著助推器的分離安全和落點控制。”
讓“大腦袋”“高個子”火箭迎風(fēng)飛行
此外，長六改火箭高達(dá)50米，整流罩直徑為4.2米，是個長著“大腦袋”的“高個子”，顯得“脖子”又細(xì)又長。中國航天科技集團(tuán)八院長征六號改控制系統(tǒng)副主任設(shè)計師王鵬指出，這就意味著二級箭體相對來說結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，氣動載荷的干擾會更明顯，也就是高空風(fēng)的影響。”
“好比我們高速上過大橋的時候，會明顯感覺到側(cè)向風(fēng)對車的作用，速度越高，越容易將車吹離車道，最好是調(diào)整方向，迎著風(fēng)向開，火箭也是一樣的道理。” 王鵬說。
對此，控制系統(tǒng)團(tuán)隊采用了基于加速度計的主動減載控制技術(shù)，降低作用在箭體上的氣動載荷，使火箭靈活調(diào)整姿態(tài)，迎著氣流飛，減少高空風(fēng)對發(fā)射的影響，更好地適應(yīng)快速、高密度發(fā)射需求。(完)