11月1日，在太原卫星发射中心，一竞技科技集团八院抓总研制的长征六号改运载火箭第四次腾飞。浩瀚宇宙既有机遇也有风险，如何让火箭更稳、更可靠地托举梦想，“智慧”或许是一条出路。
“智慧火箭”到底是什么？有一群人早已未雨绸缪。
2010年年初，长六改火箭正式启动方案论证工作，长六改火箭研制人员综合研究技术发展趋势和国内的研究现状，从论证之初便确定采用固液捆绑的总体思路，即采用液体芯级捆绑固体助推构型。
长六改火箭总指挥兼总设计师洪刚介绍，这是当前国际中大型运载火箭的主流方案，但在我国现役运载火箭中，固液捆绑运载火箭的研制尚属头一次。
相比现役火箭，采用固液捆绑方案的长六改火箭，其控制系统实现了架构化升级，不但对可能发生的故障有超强的适应能力，而且更可靠、更智能。
适应更多任务需求
长六改火箭2018年立项，2022年实现首飞，同年转入应用发射，今年成功实施两次飞行，未来还要迎来年均10发以上的高密度发射任务。长六改火箭副总指挥李红兵笑言：“早已摩拳擦掌，跃跃欲试。”
这份底气来自火箭的高可靠性和更强的任务适应能力，在李红兵看来，这也是对“智慧火箭”的本质追求。
为提升发射可靠性和稳定性，火箭在产品选型方面下足功夫，尽量选用各配套单位的货架产品和型谱化成熟产品，全箭的型谱产品选用率达97.7%，这是全箭设计可靠性较高的基础。
为增强发射任务适应性，长六改火箭不断进行技术优化和更新。在传统火箭中，整流罩通常采用金属材料结构或复合材料蒙皮加金属加强筋结构，它们的“钢筋铁骨”让火箭整流罩显得格外沉重，而长六改整流罩的内部结构却另有玄机。
长六改火箭副总设计师向长征介绍，本发火箭采用加长筒段复合材料全透波整流罩，应用水平合罩的总装技术、线性分离的解锁方式，使得整流罩的透波性、解锁可靠性得到了显著提高。
“复合材料整流罩全方向透波率达到90%，这样就无需再为每一颗卫星定制专属的透波口，既简化了生产流程，还能使整流罩减重30%左右。”向长征说。
在减重方面，长六改火箭还在设计之初就采用高压补燃液氧煤油发动机“氧箱自生增压”方案。与常规的氦气增压方案相比，氧箱自生增压方案结构简单、重量轻，同时还突破杂质气体冷凝结冰堵塞安全阀内部通道等难题，有效提高系统可靠性。
飞行过程更自主可靠
固液捆绑火箭姿态稳定控制是前所未有的挑战。不同温度下固体发动机特性迥异，如何实现推力不同步控制，保证出塔安全、大风区载荷控制和助推分离稳定，都是亟需解决的难题。但再难的题也有答案。
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。对于长六改而言，需要一个“头脑清晰的舵手”来发出指令，准确改变航行方向。
“官方下载始终将‘正常飞行可靠，故障飞行安全’作为终极目标，寻求控制系统最优解。”长六改火箭副总设计师辛高波说，长六改火箭控制系统实现了架构化升级，不但对可能发生的故障有超强的适应能力，而且更可靠、更智能。
提起长六改火箭控制系统的技术创新，辛高波如数家珍：固液联合摇摆控制技术、大功率电动伺服控制技术、伺服系统在线故障诊断和重构技术、“三总线”冗余技术、飞行软件自主研制、单十表故障诊断及全自主对准技术等，这都是团队为长六改火箭独家开发的“最强大脑营养套餐”。
控制系统架构上采用了全冗余设计方案，3套总线的“分布式容错表决控制技术”保证了整个系统的高可靠。通俗地说，就是在火箭的“大脑”里搭建了3条“信息高速公路”，用于火箭的实时控制和管理，而且3条“高速公路”互为备份，即便只剩1条“高速公路”可使用，也能保证火箭的正常飞行。
更智能的是火箭控制系统采用了“总线监视”技术。在测试、飞行过程获取的各类重要参数，都可以实现自动“监视”，飞行控制软件可以专心飞行，不用为传输飞行参数而分心。
洪刚介绍，长六改火箭还在芯级液体发动机上特别设置了“智能”健康诊断系统，可以时刻监控火箭液体发动机的运行健康状况。当液体发动机点火后，一旦出现工作不正常的突发状况，健康诊断系统将立刻发现险情并作出判断，实施自动紧急关机，固体发动机不再点火，避免火箭带着问题和隐患上天。
在“聪明智慧”的道路上，他们不断探索前进。例如在本次任务中，长六改团队为火箭整流罩加装信标机，精确定位残骸落区，进一步提高残骸控制的主动性。同时他们也在线弹道规划方面进行有益尝试。
“假如飞行过程中，火箭有一台助推器的伺服机构发生严重故障，火箭会迅速判断箭上状态，分析评估自己当前的入轨与控制能力，通过自主规划飞行轨迹，调整制导控制方案及参数，制定新的目标，最大限度地完成使命。”长六改火箭副总设计师张亮表示，智能、强适应，拥有这些能力，火箭就能从容应对各种突发状况，最大限度挖掘自身潜力，进一步降低火箭发射成本。
高效集同的智慧化管理
除了在飞行过程中施展“聪明才智”，“智慧火箭”的内涵其实更加丰富。在洪刚看来，“智慧火箭”的核心，是火箭在全寿命周期研制模式下具备相当的智能化水平，从设计之初就应融合智慧手段，实现火箭研制效率、质量、技术水平的全面提升，以满足适应更多任务需求的目标。
具体如何实现？面对日益增长的火箭入轨高精度、火箭发射高可靠性、火箭短研制周期的要求，引入数字化技术是必然趋势。
向长征介绍，型号在研制过程中应用全三维数字化设计平台进行协同设计，建立了多专业、多层次的三维数字化模型，同时结合全周期信息管理平台，实现产品生产、交付验收、总装集成等各个环节的数字化信息传递及过程管控，提升火箭研制效率。
“在数字化环境下，建立了厂房、地面、起吊设备等三维制造资源模型，将已经建立好的各装配工艺模型放入厂房中，工作人员就像拼乐高一样轻松完成火箭装配。”李红兵说。
为快速适应载荷变化，本次任务中团队首次采用多专业联合仿真技术，结合弹道学、力学等多个领域的专业知识，通过在线仿真来快速设计适应特定任务的火箭。
“时间比以前缩短了30%左右。通过综合考虑多个性能指标，可以更好地适应不同任务的需求，为火箭设计提供了更大的灵活性。”八院运载领域数字化总师邹薇表示。
更让人惊喜的地方在于，不只是上面提到的“宏大叙事”，就连一个小的单机或产品，也被拉进了“智慧圈”。一个个产品都开始有了属于自己独特的数字标识，实现型号内部数据打通。工作人员通过扫描产品标识编码，就可自动获取产品原材料和其他参数信息，在实现智能化管理的基础上不断积累“数字火箭”发展的子样本。
可能再过几个年头，重要单机、零部组件就会实现全寿命周期的关键技术指标数据、质量信息信息化采集，并能够对上述数据进行数据分析与深度应用，实现全流程基于大数据分析的过程控制，实现过程数据的100%可量化、可追溯、可分析。
“不同阶段有不同的挑战。勇于创新、勇于挑战是长六改骨子里的基因。”洪刚坦言，对“智慧火箭”的理解已经不简单停留在故障检测、任务重构等方面，而是要将火箭与大数据深度融合，打破传统火箭研制理念，形成基于智能信息的“智慧火箭”体系。
在这条通往“智慧火箭”的开拓路上充满了机遇与挑战，长六改火箭需要更多具备跨学科知识的研发人员、设计师们，通过一系列前所未有的解决方案，将“智慧火箭”创新推向新的高度，更好地满足后续火箭高密度发射、快速设计制造、可靠性提升以及市场化竞争的需要。
（邓雨楠）
