中國航天發射史上的兩大突破！

巴丁

智慧發射，固液混動―― 航天發射譜寫新篇章

2022年3月29日17時50分，我國首型固液混動捆綁運載火箭長征六號改在太原衛星發射中心建設的首個“智慧發射場”首次投入使用，實現了我國航天發射史上的重大突破！她具體體現為兩大突破：即實現了“智慧發射”——從火箭加注到發射過程的遠程操控和無人值守；實現了“固液混動”——我國運載火箭首型固液混合動力的捆綁發射。

長征六號改運載火箭發射成功后，太原衛星發射中心承擔此次發射任務的相關負責人指出，“智慧發射場系統在太原衛星發射中心某新型工位首次亮相，它的研發既為我國智慧發射場建設探索了一條新路，也為后續的發射場現代化建設奠定了堅實的基礎。”

由中國航天科技集團八院抓總研制的我國首型固混動力運載火箭——長征六號改成功地將兩顆衛星送入預定軌道后，相關負責人指出，作為我國新一代同時也是首型“固液混合動力”長征系列運載火箭，長征六號改在技術難度高、系統復雜的航天領域也算是“玩”了一把跨界，充分發揮了液體發動機性能高、工作時間長和固體發動機推力大、工作可靠、使用維護簡單的綜合優勢，并在芯級固體捆綁上進一步完善了運載火箭型譜，大幅提升了我國進入、利用和探索空間的能力。

“超級大腦”研發成功標志著中國航天有了智慧發射場

在太原衛星發射中心某新型工位成功發射長征六號改運載火箭，也是中國航天發射史上一次新的跨越。與傳統發射相比，具有“超級大腦”的智慧發射場真正實現了快速準備和一鍵發射，崗位人員比以往減少了一半以上，單發任務流程最短可縮減至14天，更加適應高密度發射和應急發射任務。

據承擔“超級大腦”研制任務的太原衛星發射中心技術部科研團隊相關負責人介紹，實現航天發射場從數據化、信息化向數字化、智慧化轉變，是我國從航天大國向航天強國跨越的必由之路。該新型發射工位采用多種自主可控的先進技術和算法，使信息化、智能化水平大幅提升。“構建智慧發射場，國內尚屬首次，自主研發智慧發射場系統更是首次，在我國航天領域極具開創性。”太原衛星發射中心正是從這樣的戰略高度出發，組織研發團隊刻苦攻關。這些科研人員在短短幾年時間里，真可謂宵衣旰食、夙興夜寐，攻克了多道技術難關，最終圓滿完成任務。

智慧發射場系統的“超級大腦”涵蓋了對相關信息的采集和匯聚、分析和處理、交換和共享管理等功能，它的研發不僅能夠大幅提高對各類基礎信息的使用和綜合處理能力。同時，它也是發射場實現數字化轉型、智能化升級最為重要的抓手。這次實體發射正是在“超級大腦”的指揮下，人們可以在大屏幕上一覽無余地看到，長六改運載火箭發射流程準確呈現，發射全程各項工作結果準確報告，指揮口令準確自動執行……

談起智慧發射場系統，太原衛星發射中心技術部科研人員不無感慨。業內人士深知，發射場系統運行復雜而有序，工種配合難度極高、專業種類分項極多、系統融合難度極大。而智慧發射場系統作為新生事物，還要考慮如何構建系統自運行體系，打通各專業軟件接口，實現外部信息系統數據無縫接入，實現新增系統設備無限擴展，實現運維、指揮、決策鏈路無縫融合……此外，工程實施采用何種構架既是研制工作的重中之重，也是決定研制工作能否順利實施的關鍵。這次實體發射證明，技術部“指揮決策信息支撐能力團隊”編制的工程建設總體方案，有效地提高了智慧發射場系統的數據實時性、對接便捷性和擴展無限性。

航天發射場是一個復雜的系統融合體。為保障火箭測試工作順利進行、火箭發射圓滿成功，地面設施設備需要協同配合工作，需要統一的調度指揮操作。相關技術攻關團隊經過調研設計，采用某先進技術解決了數據融合難題，打通了各孤立系統之間的“信息孤島”。智慧應用場景開發團隊，以發射場設計圖紙作為基礎，利用三維建模技術進行還原，在電腦上成功搭建了發射場的物理建筑模型，直觀可視化還原內外環境，讓坐在室內的火箭發射指控人員可以“身臨其境”。透過電視畫面，國人更多地看到了承擔“超級大腦”研制任務的科研人員們那緊握的拳頭上表達的興奮。他們為祖國的航天事業已經譜寫了新的篇章。

首型固液體發動機捆綁運載火箭實現完美搭配

回顧我國運載火箭發展史，長征系列運載火箭已邁入400+發射的嶄新征程，但尚未有使用固液體發動機捆綁火箭的先例。這次在太原衛星發射中心點火升空的我國首型固液體捆綁運載火箭長征六號改，是由中國航天科技集團八院抓總研制。長征六號改首秀就成功地將兩顆衛星送入預定軌道，同樣也是中國航天發射史上一次新的跨越。

業內人士深知，運載火箭固體發動機具有推力大、簡單可靠的特點。這些特點，在長征六號改首秀中得到了淋漓盡致的展現。據中國航天科技集團八院長六改總指揮介紹，長六改的芯一級捆綁了4臺以固體燃料為動力的助推器，單枚助推推力可達120噸，刷新了長征系列運載火箭的最快“起跑”紀錄。同時，借助固體發動機結構相對簡單、部組件少、可靠性高、操作維護方便、貯存時間長的優勢，長六改箭上的管路系統減少了55%，可在發射場直接安裝固體助推器，實現捆綁火箭14天快速發射。

“為了克服在飛行過程中固液發動機聯合工作帶來的復雜力和熱環境，我們建立了全面完整的捆綁火箭力學環境條件設計方法體系和氣固兩相噴流底部熱環境預示模型，并在國內首次定量描述了聲致振動特性，通過精準預示和控制措施，有效確保了衛星‘乘客’的乘坐舒適性。”中國航天科技集團八院長六改總設計師如是說。

在長征六號改首秀中，如何使芯級與助推器既要捆得牢，又要分得開，曾經是一道難題。據悉，長六改的捆綁連接解鎖裝置屬于“前端輔助傳力+后端主傳力”，相當于利用“肩扛+托舉”兩種力量連接起助推器與芯級。為了進一步優化結構重量，研制團隊打造了一款輕量化捆綁連接解鎖裝置，在運載火箭停放和飛行階段下，可承受并有效傳遞軸向和徑向載荷。

不過，完成“使命”后，助推器與芯級安全分離，是捆綁火箭飛行過程中最關鍵的分離程序之一。“為了確保在惡劣的力熱環境、發動機后效推力、氣動阻力等復雜干擾情況下，助推器與芯級能夠安全分離，研制團隊合理選擇分離動力源并優化布局，結合分離時序等設計，消除了眾多干擾因素對分離的影響，確保助推器分得開、分得穩。”據相關負責人介紹，在研制階段，長征六號改成功實施3次固體助推捆綁地面分離試驗，進一步驗證了助推分離技術方案的有效性。

在固體助推器分離的瞬間，失去了大推力固體發動機的加持，長征六號改可能面臨“空中大剎車”的危險。怎么辦？研制團隊想出了妙招——助推分離前，讓火箭控制系統智能監測固體發動機的工作狀態，將整箭控制策略從最初的聯合擺動控制平穩過渡到芯級單獨控制，從而最大限度地保證了火箭拋掉助推前后的穩定飛行。

在飛行過程中，長征六號改的芯級與助推器發動機都要擺動，共同控制火箭的姿態。由于固液兩種發動機的特點和伺服機構的動態特性不同，芯級與助推器之間勢必存在干擾，給火箭的穩定飛行帶來不利影響。為此，八院研制團隊開發了“智能大腦”，創新性地采用聯合搖擺控制方案，通過優化不同飛行階段的擺角分配，克服了長征六號改在飛行過程中受到的諸多干擾。正是因為有了“智能大腦”，才能穩定飛行；才能讓火箭“優雅端莊”地遨游太空。