熟悉國外運(yùn)載火箭的小伙伴們一定知道，國外有許多種運(yùn)載火箭捆綁了固體助推器，比如美國的宇宙神5號(hào)運(yùn)載火箭、歐空局的阿里安5號(hào)運(yùn)載火箭、日本的H-2B運(yùn)載火箭、印度的GSLV運(yùn)載火箭等。而我國的運(yùn)載火箭捆綁的助推器一般都是液體動(dòng)力的，但是今年3月發(fā)射成功的長(zhǎng)征六號(hào)改運(yùn)載火箭填補(bǔ)了我國的這一項(xiàng)空白，成為我國第一種捆綁固體火箭助推器的運(yùn)載火箭。

長(zhǎng)征六號(hào)改運(yùn)載火箭發(fā)射升空

可實(shí)現(xiàn)14天快速發(fā)射目標(biāo)

2022年3月29日17時(shí)50分，長(zhǎng)征六號(hào)改運(yùn)載火箭將兩顆人造衛(wèi)星成功發(fā)射升空，并順利送入預(yù)定軌道。

與“長(zhǎng)征六號(hào)”不同，“長(zhǎng)征六號(hào)改”芯一級(jí)和芯二級(jí)的箭體直徑均為3.35米。在動(dòng)力系統(tǒng)方面，“長(zhǎng)征六號(hào)改”仍然是在一級(jí)安裝兩臺(tái)120噸推力的YF-100液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，二級(jí)安裝一臺(tái)推力18噸的YF-115液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。在芯一級(jí)的側(cè)面，捆綁了4臺(tái)直徑2米的固體助推器，助推器采用的是兩段式120噸推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。整流罩直徑由“長(zhǎng)征六號(hào)”的2.6米或2.9米，增加到了4.2米或5.2米，為未來大型載荷留足了空間。

“長(zhǎng)征六號(hào)改”全箭總長(zhǎng)約50米，起飛推力7230千牛，起飛質(zhì)量約530噸，可實(shí)現(xiàn)700千米太陽同步軌道4.5噸的運(yùn)載能力。

“長(zhǎng)征六號(hào)改”作為我國第一型捆綁固體助推器的新一代長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭，可充分發(fā)揮液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能高、工作時(shí)間長(zhǎng)，以及固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力大、工作可靠、使用維護(hù)簡(jiǎn)單的綜合優(yōu)勢(shì)。“長(zhǎng)征六號(hào)改”的4枚固體助推器在起飛時(shí)為全箭提供了近70%的推力。

通過采用固體助推器，“長(zhǎng)征六號(hào)改”實(shí)現(xiàn)了模塊化、組合化、系列化設(shè)計(jì)，后續(xù)可通過助推器的調(diào)整，形成多種構(gòu)型，打造運(yùn)載能力覆蓋范圍廣、梯度合理、性價(jià)比高的運(yùn)載火箭系列，滿足未來衛(wèi)星多樣化的密集發(fā)射需求。

由于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有部組件少、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)勢(shì)，“長(zhǎng)征六號(hào)改”的箭上管路系統(tǒng)“瘦身”了55%之多；由于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有操作維護(hù)方便、貯存時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，“長(zhǎng)征六號(hào)改”最終實(shí)現(xiàn)了固體助推器在發(fā)射場(chǎng)的直接安裝，并實(shí)現(xiàn)了火箭靶場(chǎng)準(zhǔn)備14天即可快速發(fā)射的指標(biāo)。

集成化發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)

當(dāng)然，使用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也并非全都是益處。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)大推力也帶來更大的振動(dòng)，另外固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)排焰含有高溫的固體粒子，造成對(duì)于火箭底部的輻射熱環(huán)境也大大加強(qiáng)。為了克服在飛行過程中固液發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合工作帶來的復(fù)雜力、熱環(huán)境，“長(zhǎng)征六號(hào)改”在設(shè)計(jì)中需要對(duì)捆綁火箭力學(xué)環(huán)境條件，以及氣固兩相噴流底部熱環(huán)境進(jìn)行精確預(yù)示。

采用捆綁形式的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)助推器，還帶來了點(diǎn)火流程的變化，即在火箭發(fā)射時(shí)，需要運(yùn)載火箭芯一級(jí)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)先點(diǎn)火，之后4個(gè)助推器的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)再點(diǎn)火。然而由于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一旦點(diǎn)火就不能再關(guān)機(jī)了，此時(shí)芯一級(jí)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)如果發(fā)生故障，就沒法讓火箭停止工作排除故障了。因此，“長(zhǎng)征六號(hào)改”需要在固體助推器點(diǎn)火前，對(duì)芯級(jí)液體發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，及早發(fā)現(xiàn)可能存在的問題。

長(zhǎng)征六號(hào)改火箭攜帶的4個(gè)固體助推器

為此，“長(zhǎng)征六號(hào)改”配置了僅有一本B5書大小的集成化發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)，具備快速精準(zhǔn)采集發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷的能力。該系統(tǒng)在芯級(jí)液體發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后的2.5秒，開始進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)診斷，通過持續(xù)0.3秒的監(jiān)測(cè)和診斷，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否存在故障。如果認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)存在故障，它就會(huì)對(duì)芯級(jí)液體發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)緊急關(guān)機(jī)，并切斷固體助推器點(diǎn)火程序，阻止其點(diǎn)火工作。

為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)的工作可靠，不僅在前期收集了大量的發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)工作數(shù)據(jù)，確保對(duì)情況判斷準(zhǔn)確，還在火箭上配置了3套相同的診斷系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行同時(shí)診斷，如果有兩套及以上系統(tǒng)診斷同時(shí)判斷故障存在，才能確定為發(fā)動(dòng)機(jī)故障。

除此以外，發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)還需要適應(yīng)“長(zhǎng)征六號(hào)改”芯級(jí)工作時(shí)的苛刻環(huán)境。由于“長(zhǎng)征六號(hào)改”的芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)為低溫液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，液氧的溫度為-183℃。在這樣低溫環(huán)境的影響下，發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)周圍的環(huán)境達(dá)到了-40℃。然而當(dāng)芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，發(fā)動(dòng)機(jī)健康診斷系統(tǒng)周圍的溫度又會(huì)迅速上升到130℃，而且伴隨著強(qiáng)烈的振動(dòng)，工作環(huán)境極其惡劣。

“智慧發(fā)射場(chǎng)”保駕護(hù)航

為了“長(zhǎng)征六號(hào)改”的可靠發(fā)射，還特意在太原衛(wèi)星發(fā)射中心9A發(fā)射工位打造了“智慧發(fā)射場(chǎng)”，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)地面設(shè)施設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和整合，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行梳理融合，實(shí)現(xiàn)了全系統(tǒng)態(tài)勢(shì)感知、全過程智能管控以及全流程驅(qū)動(dòng)保證支持，可實(shí)現(xiàn)固體助推器在發(fā)射場(chǎng)直接安裝，以及14天快速發(fā)射，提升了航天發(fā)射效率和發(fā)射安全性。

9A發(fā)射工位實(shí)現(xiàn)了火箭發(fā)射點(diǎn)火前4小時(shí)無人值守，臨射前的一系列操作由發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。這得益于一套能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)對(duì)接加注的“智能機(jī)械臂”。傳統(tǒng)火箭在加注或者泄出推進(jìn)劑時(shí)，一般采用人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)對(duì)接、自動(dòng)脫落的方式，這就需要發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)一直有人值守，而“智能機(jī)械臂”完全代替了人工的作用。這套機(jī)械臂可以確保在雨、雪、霧等復(fù)雜天氣環(huán)境中準(zhǔn)確獲取目標(biāo)位置，克服火箭因載荷變化或風(fēng)力影響產(chǎn)生的隨機(jī)晃動(dòng)，動(dòng)態(tài)測(cè)量、實(shí)時(shí)跟蹤火箭上的加注閥門，確保對(duì)接準(zhǔn)確。