中新網北京3月29日電 (馬帥莎 鄭瑩瑩 陳葆娟)3月29日，長征六號改(以下簡稱“長六改”)運載火箭在太原衛星發射中心成功首飛，中國長征系列運載火箭家族再添新成員，同時也成功填補了國內運載火箭固液聯合控制領域空白。
作為中國首型固體捆綁運載火箭，長六改火箭是一款采用“固體助推+液體芯級”的新一代無毒無污染中型運載火箭，四個剛勁有力的固體助推器是其區別于現役運載火箭的最大特征，電動伺服系統作為助推器固體發動機的配套執行子系統，是實現運載火箭姿態和軌道控制的關鍵一環。
發射現場。鄭斌 供圖從“光桿箭”到“剛柔并濟”的三級跳
中國航天科技集團八院長征六號改控制系統負責人周靜表示，八院現役運載火箭均為單芯級構型，從外形上看，就是一根“光桿箭”，長六改火箭是八院首款采用芯級捆綁4枚助推器構型的火箭，也是國內首款固液混合動力火箭，一次性實現了從單芯級到芯級助推捆綁，再到液體芯級固體助推混合捆綁的三級跳。
作為中國第一型“混合動力”的新一代長征系列運載火箭，長六改火箭充分發揮液體發動機性能高、工作時間長和固體發動機推力大、工作可靠、使用維護簡單的綜合優勢。
周靜說，四個固體助推器為全箭提供了近70%的推力，讓長六改火箭更能扛，飛得更高。“作為控制系統研制單位，我們的任務是讓火箭擁有一個更聰明也更健壯的‘大腦’，讓長六改火箭飛得更穩，更精準地將衛星‘投遞’到預定軌道。”
發射現場。鄭斌 供圖跨界混搭“水手團” 確保火箭平穩飛行
火箭在空中飛行，猶如巨輪遨游在海洋中，控制系統是舵手，指揮航行軌道，發動機為船帆，提供前進動力，而伺服系統則是水手，聽從舵手指令拉動船帆改變航行方向。
對于長六改火箭而言，需要一個異常強壯的“水手團”來推動自身的固體發動機柔性噴管，電動伺服系統以結構簡單、研制成本低、可靠性高、維護方便等先天優勢成為助推固體發動機執行機構的首選。
“固體發動機推力大，但本身存在推力全程不穩定的問題，不像液體發動機可以持續輸出一條平穩的直線。” 中國航天科技集團八院長征六號改控制系統副主任設計師胡存明說，“而且捆綁在火箭四個方位的固體助推器，點火后也做不到完全‘步調一致’，有的是急性子，有的稍微慢一點，這會對火箭產生一定的翻轉力矩。”
為此，控制系統研制團隊創新采用固體捆綁火箭三通道聯合搖擺控制方案，將“液氧煤油發動機+液壓伺服機構”與“固體發動機+電動伺服機構”這種跨界混搭組合牢牢“拿捏”，確保火箭的平穩飛行。
自我診斷與修復 實現火箭智能飛行
針對在火箭飛行過程中對姿態調整起著關鍵作用的伺服系統，研制團隊還在國內首次提出并應用了在線故障診斷與自適應重構技術。
據胡存明介紹，以前，研制人員會將伺服系統可能出現的故障模式一一列出，制定好控制策略，預裝到飛行軟件里。“但是對于長六改火箭而言，伺服機構多達12臺，單臺伺服機構的故障模式也多達18種，所以我們要‘教會’它如何在線自我診斷和自我修復，用智能控制方法讓火箭智能飛行。” 胡存明說。
在飛行過程中，當某臺伺服機構出現故障時，控制系統會根據自我診斷后的結果，重新進行計算并分配指令，確保控制力合力不變。中國航天科技集團八院長征六號改控制系統副主任設計師張飛表示，“要做到既不‘漏診’也不‘誤診’，這不僅關系到飛行穩定性，還關系著助推器的分離安全和落點控制。”
讓“大腦袋”“高個子”火箭迎風飛行
此外，長六改火箭高達50米，整流罩直徑為4.2米，是個長著“大腦袋”的“高個子”，顯得“脖子”又細又長。中國航天科技集團八院長征六號改控制系統副主任設計師王鵬指出，這就意味著二級箭體相對來說結構強度較弱，氣動載荷的干擾會更明顯，也就是高空風的影響。”
“好比我們高速上過大橋的時候，會明顯感覺到側向風對車的作用，速度越高，越容易將車吹離車道，最好是調整方向，迎著風向開，火箭也是一樣的道理。” 王鵬說。
對此，控制系統團隊采用了基于加速度計的主動減載控制技術，降低作用在箭體上的氣動載荷，使火箭靈活調整姿態，迎著氣流飛，減少高空風對發射的影響，更好地適應快速、高密度發射需求。(完)