原创赵聪中国航天报

3月29日，在太原卫星发射中心首次使用的发射工位上，由航天科技集团八院抓总研制的长征系列运载火箭的新成员——“长征六号改”点火起飞。

“一箭双星”取得圆满成功，我国首型固液捆绑运载火箭首飞告捷。

年，长征六号火箭实现了新一代长征火箭的首飞，7年时间，“新一代”谱系日益丰富。

与之前的火箭相比，长六改有明显的继承性，也有鲜明的创新性。

首飞告捷的长六改有什么不一样？

1.“混动”火箭，新在哪儿？

动力系统的创新无疑是长征六号改运载火箭的最大看点。我们来看看长六改的动力配置。

长六改的芯级与新一代长征火箭大多数型号并无太大区别：在直径均为3.35米的两段芯级内，装有3台液体发动机。

其中，芯一级采用的是两台吨推力的液氧煤油发动机，芯二级采用的是一台推力18吨的液氧煤油发动机。两型液氧煤油发动机由我国传统液体发动机“大户”航天科技集团六院研制提供。

区别在长六改火箭的助推器上——长六改的液体芯级捆绑了4枚固体助推器。“液体芯级+固体助推”的组合虽然在国外航天领域并不鲜见，但在中国航天领域还是首次出现。

4枚助推器共安装了4台吨推力固体发动机，采用2米2分段式结构，由航天科技四院研制提供，本次任务是其首次上天飞行，首次实现型号工程化应用。

这型捆绑了4个助推器的两级半构型火箭，成为我国首型固液捆绑式运载火箭，4个固体助推器为全箭提供了近70%的推力。

长征六号改运载火箭为什么要选择固体推力？

一方面，固体和液体动力的结合，可发挥二者的综合优势。固体发动机结构简单、可靠性高，发射前无须加注推进剂、使用维护简单，易实现大推力，可长时间储存。采用固体助推器与液体芯级发动机组合的方式，可以充分发挥固体动力大推力和液体动力长时间、高比冲的技术优点，从而实现运载火箭动力系统技术性与经济性的完美结合。

另一方面，我国固体动力技术的发展，给了运载火箭更多选择空间。事实上，国外大型运载火箭早已把固体动力作为主要动力之一，而我国在此领域与国际先进水平有一定差距。四院作为我国固体动力的先驱，坚持整体式发动机和分段式发动机两条线走路，前者早已经在长征十一号运载火箭上成功应用，后者则计划用于中型运载火箭上。

这点早在6年前就露出端倪，媒体报道：年4月，国内首台直径2米2分段全尺寸工程样机地面热试车获得圆满成功，将应用于我国新一代中型运载火箭的固体助推器。

如今，这型发动机终于成功应用于长征六号改运载火箭上。借助固体发动机的优势，长六改火箭箭上管路系统减少55%，可实现固体助推器在发射场直接安装，并实现捆绑火箭14天快速发射。

长六改固体发动机总设计师王健儒曾说，“固体发动机要达到更大推力，必须掌握分段式发动机技术才行。”

目前，2米3分段、3米2分段、3.2米3分段发动机均已经试车成功，或许未来，我国运载火箭领域动力系统会出现更多可能。

2.“驯服”动力，用什么招？

固体和液体两种动力特性不同，很难做到完美契合，在使用过程中如何“驯服”它们，使之能够兄弟齐心？这是关乎长六改成败的关键。

驯服两种发动机，不仅仅是动力系统的任务，从总体到控制再到多个分系统，均要为这一难题绞尽脑汁。

来看看长六改的点火流程。与常规的运载火箭不同，长六改发射时芯一级发动机先点火，4个固体发动机助推器再点火。

为何要“一先一后”处理？根源在于发动机特性。

固体发动机虽然工作可靠、使用维护简单，但开弓便无回头路，一旦点火，将无法实施紧急关机；相反，火箭芯级采用的液体发动机，则可以通过关闭阀门等形式实现紧急关机。

在一先一后点火间隙，留出了0.3秒的宝贵时间。这0.3秒要做一件事：完成芯一级动力系统的“健康诊断”。

设计师介绍，在芯级液体发动机点火后的2.5秒，健康诊断系统进入发动机诊断窗口。2.5秒至2.8秒，在短短的0.3秒内，这位“健康管家”需要在前期收集的大量数据基础上，对发动机的健康状况进行诊断：若监测到发动机存在问题，要在须臾间完成故障发动机自动紧急关机，确保固体助推器不再执行点火程序；在确保芯级液体发动机健康无虞的前提下，固体助推器才执行点火程序。

电光火石之间，成败即见分晓，暗流涌动之下，是冰冷器械与人类智慧展开的一场关于“驯服”的较量，这是航天事业的风险，也是其魅力所在。

“健康管家”同样做足了功课。长六改火箭配置了3套相同的健康诊断系统，对芯级液体发动机状态进行同时诊断，如果有两套及以上系统诊断同时判断故障存在，才会被认为是发动机故障。

据设计师介绍，目前国内尚无在火箭发射中应用发动机健康诊断系统的先例，此次发射任务的成功进一步验证了健康诊断系统方案设计的正确性以及工程应用的可靠性。

“固体发动机推力大，但本身存在推力全程不稳定的问题，不像液体发动机可以持续输出一条平稳的直线。”控制系统副主任设计师胡存明介绍道，“而且捆绑在火箭4个方位的固体助推器，点火后也做不到完全‘步调一致’，有的是急性子，有的稍微慢一点，这会对火箭产生一定的翻转力矩。”

为此，控制系统研制团队对各类极限条件进行了全面的仿真与评估，将“液氧煤油发动机+液压伺服机构”与“固体发动机+电动伺服机构”这种跨界混搭组合牢牢“拿捏”，确保火箭平稳飞行。

还有一个难题。受固体火箭发动机热流影响，芯一级发动机底部过“热”，芯一级发动机喷管热工作环境严酷。为此，液体发动机方面对芯一级发动机在飞行过程中的结构热适应性进行了专题仿真分析和复核复算，并利用试片完成火箭分离喷流试验考核。结果表明，芯一级发动机可以适应该项热环境条件。

3.无人值守，如何做到？

距离起飞还有4个小时，发射塔架上已无人影。而在距塔架几公里外的测控发射大厅里却是一派繁忙景象——试验队员正在有序推进火箭发射前的各项加注以及测试工作。

无人值守，这是长征六号改运载火箭带来的改观。与以往运载火箭发射不同，长六改发射前，工作人员会撤离发射塔架，所有工作都会在测控发射大厅对火箭进行远程控制。

长六改无人值守技术实现了我国在运载领域的3个“首次”：

首次采用自动对接加注技术，可实现远程全流程推进剂自动加注；

首次采用零秒脱落技术，火箭箭地连接器在起飞瞬间自动脱落；

首次实现推进剂加注开始后，发射场前端无人员值守，有效保障了火箭发射任务的安全性。

人都撤走了，以前由“人”干的活，交给谁？答案是“机器”。

加泄连接器是火箭在加注/泄出推进剂时，箭上系统与地面支持系统的连接设备。在常规的火箭发射流程中，加泄连接器一般人工对接、自动脱落。

在长六改这里，则变了个样。

芯一级的加泄连接器被升级为“智能机械臂”，可完成自动对接，“一臂之力”实现了我国运载火箭的首次智能化对接加注。

长六改的二级加泄连接器、卫星整流罩空调送风连接器均可“零秒脱落”，也就是在火箭起飞的瞬间脱落。

据长六改副总设计师张亮介绍，通过“结构简单、高可靠性的连接技术+多重冗余保障的分离方案+强制收回与捕获系统”配合，确保了零秒脱落的万无一失，为射前4小时全体工作人员从发射塔架撤离提供了保障。

“‘无人值守’让长六改火箭的工作人员在射前4小时撤离，相比常规的运载火箭发射流程提前了近3.5小时。”长六改火箭总指挥洪刚说。

洪刚总结道，团队全面梳理电气、动力及箭地操作各方面的射前工作流程，提出了配合流程优化的一级加注连接器自动对接和脱落、二级加注连接器和整流罩空调送风连接器起飞零秒脱落、取消二级供气连接器等多项创新技术，最终实现了长六改火箭的“无人值守”。

4.新箭工艺，怎么创新？

火箭是制造工艺的集大成者，新型火箭往往充当试金石。在长征六号改运载火箭上，从头到脚，也有不少工艺的创新之处。

随着长六改首飞成功，世界首个3.35米充液拉深超大超薄整体成形贮箱箱底也证明其可靠性。

“超大+超薄”是它的特性，一张直径4.2米、厚度10毫米的铝合金板通过充液拉深贮箱整体箱底成形技术生产制造后，箱底原本长达10米的焊缝消失得无影无踪，并兼具强度、韧度。

传统火箭贮箱箱底是由一块块铝合金板材拼装、焊接而成，为了能让其拥有更强的“铁骨”、更轻的“体重”。工匠们通过“以柔克刚”的充液拉深成形技术、“‘蛋壳’上雕花”的镜像铣削技术、“专业防护”的快速防腐技术，提高了贮箱结构可靠性，制造效率提升了60%以上。

未来，该技术将全面应用于八院厂生产的各种规格的贮箱箱底生产制造中，它们将伴随着火箭的起飞遨游在浩瀚宇宙。

长六改整流罩是国内最大尺寸的4.2米全透波复合材料整流罩，应用了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。

据介绍，长六改整流罩的全方向透波率达到了90%，无须再为每一颗卫星定制“专属”的透波口，简化了生产流程，让整流罩减重30%左右。同时，复合材料的低热导率让整流罩在低温的环境下不再使用传统火箭所需的保温层为其保暖。

星箭成功分离验证了4.2米线性解锁全复合材料卫星整流罩的型号产品设计、工艺的可行性，体现了全复合材料整流罩具有重量轻、全透波的优势。后续，八院将继续推进运载领域火箭整流罩产品复合材料替代化研制进程，实现3.35米、3.8米、4.2米的整流罩产品统型化应用。

文/中国航天报记者赵聪

美编/杨帅

原标题：《混合动力、无人值守……长六改强在哪儿？》

　　　　

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