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固体|尚无先例！长六改有个“健康管家”，0.3秒对发动机做诊断

长征六号改运载火箭是我国首型固体捆绑火箭 ， 火箭芯级采用液氧煤油发动机 ， 捆绑了四个固体发动机作为助推器 。 与常规的运载火箭点火流程不同 ， 火箭发射时 ， 长六改运载火箭芯一级发动机先点火 ， 四个固体发动机助推器再点火 。 固体发动机存在一旦点火就无法实施紧急关机的情况 ， 因此 ， 在固体助推器点火为长六改火箭提供强大起飞推力前 ， 需要对火箭芯级液体发动机的健康状态进行诊断 ， 在确保芯级发动机健康无虞的前提下 ， 固体助推器才执行点火程序 。
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那么 ， 如何在发射前为火箭发动机做一次全面的健康检查？中国航天科技集团有限公司八院长六改火箭的设计师们为火箭芯一级的液体发动机配置了一位“健康管家” ， 即发动机健康诊断系统 。 这位“健康管家”要在极短的时间内对液体发动机启动后的工作状态进行准确无误地判断 ， 还不能因自身故障把正常工作的发动机误关机 。 据设计师介绍 ， 目前国内尚无在火箭发射中应用发动机健康诊断系统的先例 ， 此次发射任务的成功 ， 进一步验证了健康诊断系统方案设计的正确性以及工程应用的可靠性 。
快：须臾间可判断健康状态
其实 ， 我国的液体运载火箭都有一套紧急关机系统 ， 这套系统通常设置在地面机柜中 ， 一旦遇到紧急情况 ， 地面设备可以发出关机指令 。 但是这次 ， 长六改火箭的设计师们把这套系统搬到了火箭上 。 这个经集成化、小型化设计后的系统 ， 虽然仅有一本B5书的大小 ， 但其强大的芯片运算能力、快速精准采集发动机参数并进行实时诊断的本事却不可小觑 。 在芯级液体发动机点火后的2.5秒 ， 健康诊断系统进入发动机诊断窗口；2.5至2.8秒 ， 在短短的0.3秒内 ， 这位“健康管家”需要在前期收集的大量数据基础上 ， 对发动机的健康状况进行诊断：若监测到发动机存在问题 ， 要在须臾间完成故障发动机自动紧急关机 ， 确保固体助推器不再执行点火程序 ， 可谓是“最强大脑” 。
准：“双保险”确保发动机不会误关机
发动机健康诊断系统可不可靠？数据采集错误怎么办？会不会误关了正常发动机？设计师们一边大胆设计 ， 一边小心求证 。 海量数据分析是准确判断的基础 ， 为此 ， 长六改火箭的设计师们联合发动机系统 ， 对发动机健康诊断系统参数进行详细研究 ， 从几万秒的试车数据中寻找参数的规律 ， 确定健康诊断系统的诊断算法 ， 并进行了上百次的仿真验证 ， 在确保发动机不发生误关机的同时 ， 尽早发现故障 。
固体|尚无先例！长六改有个“健康管家”，0.3秒对发动机做诊断
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尽管诊断算法已经经过一系列的考验和验证 ， 设计师们还是决定给长六改首飞箭上装上“双保险” 。 为此 ， 他们给火箭配置了三套相同的诊断系统 ， 对发动机状态进行同时诊断 ， 如果有两套及以上系统诊断同时判断故障存在 ， 才认为发动机故障 。 这好比一场比赛配备了三名裁判员 ， 有两名及以上裁判员判定球员犯规 ， 才可以实施惩罚 。
稳：顺利通过“冰火两重天”的考验
健康诊断系统要想正常工作 ， 必须要有一个健康的“体魄” ， 要健康到什么程度呢？长六改火箭的芯级发动机为低温液氧煤油发动机 ， 液氧的温度为零下183℃ ， 哪怕在设计师提供的“隔水隔热服”的保护下 ， 健康诊断系统周围的环境依然在零下40℃；发动机点火后 ， 周围的温度骤升为130℃ ， 且伴随着强烈振动 ， 工作环境极其恶劣 。
固体|尚无先例！长六改有个“健康管家”，0.3秒对发动机做诊断
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为了练就健康诊断系统强健“体魄” ， 型号团队根据火箭起飞时刻的环境进行了大量验证试验 ， 从零下40℃到零上130℃、高强度冲击、电磁兼容试验、1000余次强化考核……产品一次次地改进再试验 ， 试验后再改进 ， 终于练就了令设计师满意的产品 。 为考核产品在发动机真实环境中的表现 ， 健康诊断系统先后6次参加了发动机真实试车考核 ， 圆满完成了发动机健康诊断 ， 充分验证了健康诊断系统的环境适应性 ， 为长六改火箭首飞成功奠定了坚实的基础 。
摄影：孙公明
来源：北京日报客户端 | 采访人员 牛伟坤 通讯员 王猛
编辑：蔡文清
流程编辑：郭丹

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