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固体|长征家族又添新成员！我国首款“混动版”运载火箭面世

中青报·中青网采访人员 邱晨辉
我国长征系列运载火箭家族再添新成员 。 3月29日 ， 长征六号改运载火箭在太原卫星发射中心成功首飞 ， 填补了国内运载火箭固液联合控制领域空白 。
回顾我国运载火箭发展史 ， 长征系列运载火箭已迈入400+发射的征程 ， 但尚未有固体捆绑火箭的先例 。 作为我国首型固体捆绑运载火箭 ， 长六改在技术难度高、系统复杂的航天领域玩了一把“跨界” ， 采用“固体助推+液体芯级” ， 四个刚劲有力的固体助推器 ， 是其区别于现役运载火箭的最大特征 。
中国航天科技集团八院长六改总体主任设计师杨帆告诉采访人员 ， 此次发射任务的成功 ， 标志我国从此拥有了液体动力芯级+固体动力助推的“固液混动”运载火箭 。
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长六改火箭点火升空 。 郑斌 摄
长六改火箭高达50米 ， 整流罩直径为4.2米 ， 是个长着“大脑袋”的“高个子” ， 显得“脖子”又细又长 。
中国航天科技集团八院长征六号改控制系统副主任设计师王鹏说 ， 这就意味着二级箭体相对来说结构强度较弱 ， 气动载荷的干扰会更明显 ， 也就是高空风的影响 。
“好比我们高速上过大桥的时候 ， 会明显感觉到侧向风对车的作用 ， 速度越高 ， 越容易将车吹离车道 ， 最好是调整方向 ， 迎着风向开 ， 火箭也是一样的道理 。 ” 王鹏说 。
控制系统团队对此采用了基于加速度计的主动减载控制技术 ， 降低作用在箭体上的气动载荷 ， 使火箭灵活调整姿态 ， 迎着气流飞 ， 减少高空风对发射的影响 ， 更好地适应快速、高密度发射需求 。
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长六改火箭箭指苍穹 。 孙公明 摄
中国航天科技集团八院长六改控制系统负责人周静表示 ， 该院现役运载火箭均为单芯级构型 ， 从外形上看 ， 就是一根“光杆箭” ， 长六改火箭是八院首款采用芯级捆绑4枚助推器构型的火箭 ， 一次性实现了从单芯级到芯级助推捆绑 ， 再到液体芯级固体助推混合捆绑的三级跳 。
“四个固体助推器为全箭提供了近70%的推力 ， 让长六改火箭更能扛 ， 飞得更高 。 ”周静说 ， 作为控制系统研制单位 ， 他们的任务是让火箭拥有一个更聪明也更健壮的“大脑” ， 让长六改火箭飞得更稳 ， 更精准地将卫星“投递”到预定轨道 。
火箭在空中飞行 ， 犹如巨轮遨游在海洋中 ， 控制系统是舵手 ， 指挥航行轨道 ， 发动机为船帆 ， 提供前进动力 ， 而伺服系统则是水手 ， 听从舵手指令拉动船帆改变航行方向 。
对长六改火箭而言 ， 需要一个异常强壮的“水手团”来推动自身的固体发动机柔性喷管 ， 电动伺服系统以结构简单、研制成本低、可靠性高、维护方便等先天优势成为助推固体发动机执行机构的首选 。
“固体发动机推力大 ， 但本身存在推力全程不稳定的问题 ， 不像液体发动机可以持续输出一条平稳的直线 。 ” 中国航天科技集团八院长征六号改控制系统副主任设计师胡存明说 ， “而且捆绑在火箭四个方位的固体助推器 ， 点火后也做不到完全‘步调一致’ ， 有的是急性子 ， 有的稍微慢一点 ， 这会对火箭产生一定的翻转力矩 。 ”
控制系统研制团队创新采用固体捆绑火箭三通道联合摇摆控制方案 ， 将“液氧煤油发动机+液压伺服机构”与“固体发动机+电动伺服机构”这种跨界混搭组合牢牢“拿捏” ， 确保火箭的平稳飞行 。
固体|长征家族又添新成员！我国首款“混动版”运载火箭面世
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长六改火箭矗立在塔架旁 。 孙公明 摄
针对在火箭飞行过程中对姿态调整起着关键作用的伺服系统 ， 研制团队还在国内首次提出并应用了在线故障诊断与自适应重构技术 。
胡存明说 ， 以前 ， 研制人员会将伺服系统可能出现的故障模式一一列出 ， 制定好控制策略 ， 预装到飞行软件里 。 “但是对于长六改火箭而言 ， 伺服机构多达12台 ， 单台伺服机构的故障模式也多达18种 ， 所以我们要‘教会’它如何在线自我诊断和自我修复 ， 用智能控制方法让火箭智能飞行 。 ”
在飞行过程中 ， 当某台伺服机构出现故障时 ， 控制系统会根据自我诊断后的结果 ， 重新进行计算并分配指令 ， 确保控制力合力不变 。
【固体|长征家族又添新成员！我国首款“混动版”运载火箭面世】中国航天科技集团八院长征六号改控制系统副主任设计师张飞说 ， “要做到既不‘漏诊’也不‘误诊’ ， 这不仅关系到飞行稳定性 ， 还关系着助推器的分离安全和落点控制 。 ”

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