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(zhǎng)征六號(hào)改(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“長(zhǎng)六改”)運(yùn)載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功首飛，中國(guó)長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭家族再添新成員，同時(shí)也成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)運(yùn)載火箭固液聯(lián)合控制領(lǐng)域空白。
作為中國(guó)首型固體捆綁運(yùn)載火箭，長(zhǎng)六改火箭是一款采用“固體助推+液體芯級(jí)”的新一代無(wú)毒無(wú)污染中型運(yùn)載火箭，四個(gè)剛勁有力的固體助推器是其區(qū)別于現(xiàn)役運(yùn)載火箭的最大特征，電動(dòng)伺服系統(tǒng)作為助推器固體發(fā)動(dòng)機(jī)的配套執(zhí)行子系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭姿態(tài)和軌道控制的關(guān)鍵一環(huán)。
發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)。鄭斌 供圖從“光桿箭”到“剛?cè)岵?jì)”的三級(jí)跳
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院長(zhǎng)征六號(hào)改控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)人周靜表示，八院現(xiàn)役運(yùn)載火箭均為單芯級(jí)構(gòu)型，從外形上看，就是一根“光桿箭”，長(zhǎng)六改火箭是八院首款采用芯級(jí)捆綁4枚助推器構(gòu)型的火箭，也是國(guó)內(nèi)首款固液混合動(dòng)力火箭，一次性實(shí)現(xiàn)了從單芯級(jí)到芯級(jí)助推捆綁，再到液體芯級(jí)固體助推混合捆綁的三級(jí)跳。
作為中國(guó)第一型“混合動(dòng)力”的新一代長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭，長(zhǎng)六改火箭充分發(fā)揮液體發(fā)動(dòng)機(jī)性能高、工作時(shí)間長(zhǎng)和固體發(fā)動(dòng)機(jī)推力大、工作可靠、使用維護(hù)簡(jiǎn)單的綜合優(yōu)勢(shì)。
周靜說(shuō)，四個(gè)固體助推器為全箭提供了近70%的推力，讓長(zhǎng)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(gè)更聰明也更健壯的‘大腦’，讓長(zhǎng)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�！�
發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)。鄭斌 供圖跨界混搭“水手團(tuán)” 確保火箭平穩(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(dòng)機(jī)為船帆，提供前進(jìn)動(dòng)力，而伺服系統(tǒng)則是水手，聽(tīng)從舵手指令拉動(dòng)船帆改變航行方向。
對(duì)于長(zhǎng)六改火箭而言，需要一個(gè)異常強(qiáng)壯的“水手團(tuán)”來(lái)推動(dòng)自身的固體發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管，電動(dòng)伺服系統(tǒng)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、研制成本低、可靠性高、維護(hù)方便等先天優(yōu)勢(shì)成為助推固體發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的首選。
“固體發(fā)動(dòng)機(jī)推力大，但本身存在推力全程不穩(wěn)定的問(wèn)題，不像液體發(fā)動(dòng)機(jī)可以持續(xù)輸出一條平穩(wěn)的直線(xiàn)。” 中國(guó)航天科技集團(tuán)八院長(zhǎng)征六號(hào)改控制系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師胡存明說(shuō)，“而且捆綁在火箭四個(gè)方位的固體助推器，點(diǎn)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(diǎn)，這會(huì)對(duì)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(duì)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(dòng)機(jī)+液壓伺服機(jī)構(gòu)”與“固體發(fā)動(dòng)機(jī)+電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)”這種跨界混搭組合牢牢“拿捏”，確�；鸺钠椒�(wěn)飛行。
自我診斷與修復(fù) 實(shí)現(xiàn)火箭智能飛行
針對(duì)在火箭飛行過(guò)程中對(duì)姿態(tài)調(diào)整起著關(guān)鍵作用的伺服系統(tǒng)，研制團(tuán)隊(duì)還在國(guó)內(nèi)首次提出并應(yīng)用了在線(xiàn)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(huì)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(duì)于長(zhǎng)六改火箭而言，伺服機(jī)構(gòu)多達(dá)12臺(tái)，單臺(tái)伺服機(jī)構(gòu)的故障模式也多達(dá)18種，所以我們要‘教會(huì)’它如何在線(xiàn)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(shuō)。
在飛行過(guò)程中，當(dāng)某臺(tái)伺服機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)自我診斷后的結(jié)果，重新進(jìn)行計(jì)算并分配指令，確保控制力合力不變。中國(guó)航天科技集團(tuán)八院長(zhǎng)征六號(hào)改控制系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)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(diǎn)控制�！�
讓“大腦袋”“高個(gè)子”火箭迎風(fēng)飛行
此外，長(zhǎng)六改火箭高達(dá)50米，整流罩直徑為4.2米，是個(gè)長(zhǎng)著“大腦袋”的“高個(gè)子”，顯得“脖子”又細(xì)又長(zhǎng)。中國(guó)航天科技集團(tuán)八院長(zhǎng)征六號(hào)改控制系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師王鵬指出，這就意味著二級(jí)箭體相對(duì)來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，氣動(dòng)載荷的干擾會(huì)更明顯，也就是高空風(fēng)的影響�！�
“好比我們高速上過(guò)大橋的時(shí)候，會(huì)明顯感覺(jué)到側(cè)向風(fēng)對(duì)車(chē)的作用，速度越高，越容易將車(chē)吹離車(chē)道，最好是調(diào)整方向，迎著風(fēng)向開(kāi)，火箭也是一樣的道理�！� 王鵬說(shuō)。
對(duì)此，控制系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)采用了基于加速度計(jì)的主動(dòng)減載控制技術(shù)，降低作用在箭體上的氣動(dòng)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(duì)發(fā)射的影響，更好地適應(yīng)快速、高密度發(fā)射需求。(完)