長六甲首飛成功！兩項(xiàng)“超能力”筑牢安全屏障

3月29日17:50，我國首型固體捆綁中型運(yùn)載火箭長征六號改(以下簡稱“長六改”)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，標(biāo)志著我國新一代運(yùn)載火箭家族再添新成員，進(jìn)一步完善了我國新一代運(yùn)載火箭的型譜建設(shè)。

在一系列技術(shù)新突破中，除首次實(shí)現(xiàn)了我國運(yùn)載火箭領(lǐng)域固液發(fā)動(dòng)機(jī)的“跨界合作”，長六改運(yùn)載火箭通過無人值守技術(shù)完成后續(xù)的發(fā)射流程，通過智能健康診斷系統(tǒng)保證發(fā)射任務(wù)萬無一失，共同為長六改一飛沖天筑牢安全屏障。

“無人值守”技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)載領(lǐng)域的三個(gè)“首次”

距離長六改的首飛還有4小時(shí)，在測控發(fā)射大廳里，中國航天科技集團(tuán)有限公司八院(以下簡稱“八院”)長六改試驗(yàn)隊(duì)員正在有序推進(jìn)火箭發(fā)射前的各項(xiàng)加注以及測試工作。

與以往運(yùn)載火箭發(fā)射不同，此時(shí)，前端塔架上所有操作人員早已安全撤離，火箭發(fā)射前的所有工作都將通過測控發(fā)射大廳實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。這就是長六改火箭無人值守技術(shù)帶來的發(fā)射場景。火箭點(diǎn)火指令發(fā)出，火箭二級加泄連接器、整流罩連接器瞬時(shí)脫落，火箭一飛沖天，八院抓總研制的長六改運(yùn)載火箭首次無人值守技術(shù)完美亮相。這項(xiàng)技術(shù)為我國運(yùn)載火箭的發(fā)射新增了一層“生命安全保障”，使我國運(yùn)載火箭的智能化水平和安全性保證再上新臺階。

同時(shí)，長征六號改火箭無人值守技術(shù)實(shí)現(xiàn)了我國在運(yùn)載領(lǐng)域的三個(gè)“首次”：首次采用自動(dòng)對接加注技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程全流程推進(jìn)劑自動(dòng)加注;首次采用零秒脫落技術(shù)，火箭箭地連接器在起飛瞬間自動(dòng)脫落;首次實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑加注開始后，發(fā)射場前端無人員值守，有效保障了火箭發(fā)射任務(wù)的安全性。

在加注環(huán)節(jié)，長六改火箭打造的地面發(fā)射支持系統(tǒng)將火箭芯一級的加泄連接器升級為一款可自動(dòng)對接的智能機(jī)械臂。它是一只“長了大腦和眼睛”的機(jī)械臂，具備了動(dòng)態(tài)測量、實(shí)時(shí)跟蹤的本領(lǐng)，可以確?；鸺谟?、雪、霧等復(fù)雜天氣環(huán)境中準(zhǔn)確獲取目標(biāo)位置;也是一只“溫柔”的機(jī)械臂，可實(shí)時(shí)調(diào)整用力方向，讓連接器溫柔又精準(zhǔn)地與箭上閥門對接;還是一只“會(huì)輕功”的機(jī)械臂，無論火箭在風(fēng)載作用與加注下沉?xí)r發(fā)生怎樣的晃動(dòng)，加泄連接器都能做到如影隨形，避免加泄連接器對箭上接口產(chǎn)生牽制力，造成泄漏現(xiàn)象……

此外，長六改運(yùn)載火箭的二級加泄連接器、衛(wèi)星整流罩空調(diào)送風(fēng)連接器均采用零秒脫落技術(shù)，也就是在火箭起飛的瞬間連接器完成迅速脫落。為此，設(shè)計(jì)師們在進(jìn)行二級加泄連接器設(shè)計(jì)時(shí)采用騎搭結(jié)構(gòu)，在分離環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)，則采用主動(dòng)脫落、被動(dòng)脫落等四重冗余脫落方案，實(shí)現(xiàn)“力氣大、接觸柔”的特點(diǎn)。

“‘力氣大’，可以保證連接器脫落后將其快速收回至塔架，防止隨‘風(fēng)’飄動(dòng)對火箭起飛造成影響;‘接觸柔’，相當(dāng)于給連接器配備了‘緩沖防護(hù)墊’，減小回收的沖擊力，避免撞壞產(chǎn)品本身?！敝袊教炜萍技瘓F(tuán)有限公司八院長六改副總設(shè)計(jì)師張亮說。

“健康管家”幫助點(diǎn)火起飛“快、準(zhǔn)、穩(wěn)”

固體發(fā)動(dòng)機(jī)雖然工作可靠、使用維護(hù)簡單，但卻存在一旦點(diǎn)火就無法實(shí)施緊急關(guān)機(jī)的情況。相反，火箭芯級采用的液體發(fā)動(dòng)機(jī)則可以通過緊急關(guān)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)。因此，在固體助推器點(diǎn)火為長六改火箭提供強(qiáng)大起飛推力前，需要對火箭芯級液體發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，在確保芯級發(fā)動(dòng)機(jī)健康無虞的前提下，固體助推器才執(zhí)行點(diǎn)火程序。

如何在發(fā)射前為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)做一次全面的健康檢查?八院長六改火箭的設(shè)計(jì)師們?yōu)榛鸺疽患壍囊后w發(fā)動(dòng)機(jī)配置了一位“健康管家”——發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)。設(shè)計(jì)師介紹，這個(gè)管家有“快、準(zhǔn)、穩(wěn)”三個(gè)特點(diǎn)。

孫公明?攝

發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)在芯級發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后開始工作，此時(shí)固體助推器尚未點(diǎn)火產(chǎn)生強(qiáng)大的起飛推力，四個(gè)助推器的重量可以將整個(gè)火箭牢牢固定在發(fā)射臺上，留給健康診斷系統(tǒng)進(jìn)行快速診斷的時(shí)間僅有0.3秒。

此前，我國的液體運(yùn)載火箭的緊急關(guān)機(jī)系統(tǒng)通常設(shè)置在地面機(jī)柜中，一旦遇到緊急情況，地面設(shè)備可以發(fā)出關(guān)機(jī)指令。但是這次，長六改火箭的設(shè)計(jì)師們把這套系統(tǒng)搬到了火箭上。這個(gè)經(jīng)集成化、小型化設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)，雖然僅有一本B5書的大小，但其本事卻不可小覷。

在芯級液體發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后的2.5秒，健康診斷系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)診斷窗口;2.5-2.8秒，在短短的0.3秒內(nèi)，這位“健康管家”會(huì)在前期收集的大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀況進(jìn)行診斷：若監(jiān)測到發(fā)動(dòng)機(jī)存在問題，要在須臾間完成故障發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)緊急關(guān)機(jī)，確保固體助推器不再執(zhí)行點(diǎn)火程序。

如此關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤怎么辦?會(huì)不會(huì)誤關(guān)了正常發(fā)動(dòng)機(jī)?長六改火箭的設(shè)計(jì)師們從幾萬秒的試車數(shù)據(jù)中尋找參數(shù)的規(guī)律，確定健康診斷系統(tǒng)的診斷算法，并進(jìn)行了上百次的仿真驗(yàn)證，在確保發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生誤關(guān)機(jī)的同時(shí)，盡早發(fā)現(xiàn)故障。而且，設(shè)計(jì)師們還給長六改首飛箭上裝上“雙保險(xiǎn)”—— 配置了三套相同的診斷系統(tǒng)，對發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行同時(shí)診斷，如果有兩套及以上診斷系統(tǒng)同時(shí)判斷故障存在，才認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)故障。

此外，長征六號改火箭在國內(nèi)首次采用伺服系統(tǒng)在線故障診斷與自適應(yīng)重構(gòu)技術(shù)，火箭飛行過程中，當(dāng)某臺伺服機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，智能“大腦”會(huì)根據(jù)自我診斷后的結(jié)果，重新進(jìn)行計(jì)算并分配控制指令，實(shí)現(xiàn)火箭飛行的智能控制。

關(guān)鍵詞： 運(yùn)載火箭 診斷系統(tǒng) 無人值守 首次采用 發(fā)動(dòng)機(jī)的