長六甲首飛成功！兩項“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，標志著我國新一代運載火箭家族再添新成員，進一步完善了我國新一代運載火箭的型譜建設。

在一系列技術新突破中，除首次實現了我國運載火箭領域固液發(fā)動機的“跨界合作”，長六改運載火箭通過無人值守技術完成后續(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”技術實現運載領域的三個“首次”

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

與以往運載火箭發(fā)射不同，此時，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)射大廳實現遠程控制。這就是長六改火箭無人值守技術帶來的發(fā)射場景。火箭點火指令發(fā)出，火箭二級加泄連接器、整流罩連接器瞬時脫落，火箭一飛沖天，八院抓總研制的長六改運載火箭首次無人值守技術完美亮相。這項技術為我國運載火箭的發(fā)射新增了一層“生命安全保障”，使我國運載火箭的智能化水平和安全性保證再上新臺階。

同時，長征六號改火箭無人值守技術實現了我國在運載領域的三個“首次”：首次采用自動對接加注技術，可實現遠程全流程推進劑自動加注;首次采用零秒脫落技術，火箭箭地連接器在起飛瞬間自動脫落;首次實現推進劑加注開始后，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對接的智能機械臂。它是一只“長了大腦和眼睛”的機械臂，具備了動態(tài)測量、實時跟蹤的本領，可以確保火箭在雨、雪、霧等復雜天氣環(huán)境中準確獲取目標位置;也是一只“溫柔”的機械臂，可實時調整用力方向，讓連接器溫柔又精準地與箭上閥門對接;還是一只“會輕功”的機械臂，無論火箭在風載作用與加注下沉時發(fā)生怎樣的晃動，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生牽制力，造成泄漏現象……

此外，長六改運載火箭的二級加泄連接器、衛(wèi)星整流罩空調送風連接器均采用零秒脫落技術，也就是在火箭起飛的瞬間連接器完成迅速脫落。為此，設計師們在進行二級加泄連接器設計時采用騎搭結構，在分離環(huán)節(jié)設計時，則采用主動脫落、被動脫落等四重冗余脫落方案，實現“力氣大、接觸柔”的特點。

“‘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’飄動對火箭起飛造成影響;‘接觸柔’，相當于給連接器配備了‘緩沖防護墊’，減小回收的沖擊力，避免撞壞產品本身。”中國航天科技集團有限公司八院長六改副總設計師張亮說。

“健康管家”幫助點火起飛“快、準、穩(wěn)”

固體發(fā)動機雖然工作可靠、使用維護簡單，但卻存在一旦點火就無法實施緊急關機的情況。相反，火箭芯級采用的液體發(fā)動機則可以通過緊急關機系統(tǒng)實現關機。因此，在固體助推器點火為長六改火箭提供強大起飛推力前，需要對火箭芯級液體發(fā)動機的健康狀態(tài)進行診斷，在確保芯級發(fā)動機健康無虞的前提下，固體助推器才執(zhí)行點火程序。

如何在發(fā)射前為火箭發(fā)動機做一次全面的健康檢查?八院長六改火箭的設計師們?yōu)榛鸺疽患壍囊后w發(fā)動機配置了一位“健康管家”——發(fā)動機健康診斷系統(tǒng)。設計師介紹，這個管家有“快、準、穩(wěn)”三個特點。

孫公明?攝

發(fā)動機健康診斷系統(tǒng)在芯級發(fā)動機點火后開始工作，此時固體助推器尚未點火產生強大的起飛推力，四個助推器的重量可以將整個火箭牢牢固定在發(fā)射臺上，留給健康診斷系統(tǒng)進行快速診斷的時間僅有0.3秒。

此前，我國的液體運載火箭的緊急關機系統(tǒng)通常設置在地面機柜中，一旦遇到緊急情況，地面設備可以發(fā)出關機指令。但是這次，長六改火箭的設計師們把這套系統(tǒng)搬到了火箭上。這個經集成化、小型化設計后的系統(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)動機點火后的2.5秒，健康診斷系統(tǒng)進入發(fā)動機診斷窗口;2.5-2.8秒，在短短的0.3秒內，這位“健康管家”會在前期收集的大量數據基礎上，對發(fā)動機的健康狀況進行診斷：若監(jiān)測到發(fā)動機存在問題，要在須臾間完成故障發(fā)動機自動緊急關機，確保固體助推器不再執(zhí)行點火程序。

如此關鍵的環(huán)節(jié)，發(fā)動機健康診斷系統(tǒng)數據采集錯誤怎么辦?會不會誤關了正常發(fā)動機?長六改火箭的設計師們從幾萬秒的試車數據中尋找參數的規(guī)律，確定健康診斷系統(tǒng)的診斷算法，并進行了上百次的仿真驗證，在確保發(fā)動機不發(fā)生誤關機的同時，盡早發(fā)現故障。而且，設計師們還給長六改首飛箭上裝上“雙保險”—— 配置了三套相同的診斷系統(tǒng)，對發(fā)動機狀態(tài)進行同時診斷，如果有兩套及以上診斷系統(tǒng)同時判斷故障存在，才認為發(fā)動機故障。

此外，長征六號改火箭在國內首次采用伺服系統(tǒng)在線故障診斷與自適應重構技術，火箭飛行過程中，當某臺伺服機構出現故障時，智能“大腦”會根據自我診斷后的結果，重新進行計算并分配控制指令，實現火箭飛行的智能控制。

關鍵詞： 運載火箭 診斷系統(tǒng) 無人值守 首次采用 發(fā)動機的