作為一個“混動小子”，長征六號改運載火箭(簡稱：長六改)29日從太原衛(wèi)星發(fā)射中心“出發(fā)”了，它是中國新一代運載火箭家族的新成員，“身上”藏著新密碼。
“長相”：全箭總長約50米，起飛重量約530噸，在700公里太陽同步軌道的運載能力不小于4噸。
“身體”：固液搭配，“干活”不累。長六改采用“固液混動配方”，是中國首型固體捆綁運載火箭，1個“液體芯級”捆綁著4個“固體助推器”。液體發(fā)動機性能高、工作時間長;固體發(fā)動機推力大、工作可靠、使用維護簡單。
“帽子”：定制版“皇冠”。長六改的整流罩是目前中國最大尺寸的4.2米全透波復(fù)合材料火箭整流罩?！盎使凇辈捎萌覆◤?fù)合材料，減“重”不降“質(zhì)”，讓火箭承得住“皇冠”的同時，整體“體重”良好。
“飲食”：能自己“吃飯”。長六改發(fā)射前4個小時，全體工作人員從發(fā)射塔架撤離，這比常規(guī)運載火箭發(fā)射流程提前了近3.5個小時。長六改“特別自覺”，會自己“喂飽”自己，離開地球。在中國“運載火箭家族”中，長六改因表現(xiàn)突出摘得幾朵“小紅花”：不僅首次采用自動對接加注(“吃飯”)技術(shù)，實現(xiàn)遠程全流程推進劑自動加注;還首次采用零秒脫落技術(shù)，讓火箭箭地連接器在起飛瞬間自動脫落。
“健康”：在中國運載火箭家族中，長六改首次采用了伺服系統(tǒng)在線故障診斷與自適應(yīng)重構(gòu)技術(shù)，火箭飛行過程中，當(dāng)某臺伺服機構(gòu)出現(xiàn)故障時，智能“大腦”會根據(jù)自我診斷后的結(jié)果，重新進行計算，并分配控制指令，實現(xiàn)火箭飛行的智能控制。
長六改運載火箭通過“前端輔助傳力+后端主傳力”的捆綁連接解鎖裝置，相當(dāng)于利用“肩扛+托舉”兩種力量，實現(xiàn)助推器與芯級的連接。為進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)重量，長六改運載火箭打造了一款輕量化捆綁連接解鎖裝置，在運載火箭停放和飛行階段下可承受并有效傳遞軸向和徑向載荷。
作為一枚捆綁火箭，助推器完成“使命”后與芯級安全分離是火箭飛行過程中最關(guān)鍵的分離程序之一。為在惡劣的力熱環(huán)境、發(fā)動機后效推力、氣動阻力等復(fù)雜情況下確保助推器和芯級安全分離，研制團隊合理選擇分離動力源并優(yōu)化布局，結(jié)合分離時序等設(shè)計，消除了眾多干擾因素對分離的影響，確保助推器分得開、分得穩(wěn)。同時，在研制階段，長六改運載火箭還成功實施了3次固體助推捆綁地面分離試驗，進一步驗證了助推分離技術(shù)方案的正確性。
長六改運載火箭在飛行過程中，芯級與助推器發(fā)動機都要擺動，共同參加火箭的姿態(tài)控制，但由于兩種發(fā)動機的特點不同、伺服機構(gòu)的動態(tài)特性不同，芯級與助推器之間勢必存在相互干擾，對火箭的穩(wěn)定飛行會帶來不利影響。
為此，長六改運載火箭創(chuàng)新性采用聯(lián)合搖擺控制方案，通過優(yōu)化不同飛行階段的擺角分配策略，克服了火箭在飛行過程受到的諸多干擾，讓火箭優(yōu)雅端莊、信步蒼穹。
在固體助推器分離的瞬間，失去了大推力固體發(fā)動機的加持，火箭可能會面臨“空中大剎車”的局面，為此，火箭控制系統(tǒng)會在助推分離前對固體發(fā)動機的工作狀態(tài)進行智能監(jiān)測，將整箭控制策略從最初的聯(lián)合擺動控制平穩(wěn)過渡到芯級單獨控制，從而最大程度地保證了火箭拋掉助推前后的穩(wěn)定飛行。
長征六號改運載火箭是我國首型固體捆綁火箭。與常規(guī)的運載火箭點火流程不同，火箭發(fā)射時，運載火箭芯一級發(fā)動機先點火，四個固體發(fā)動機助推器再點火。不過，固體發(fā)動機一旦點火就無法緊急關(guān)機。因此，在固體助推器點火為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。中國航天科技集團有限公司八院長六改運載火箭的設(shè)計師們?yōu)槠渑渲昧艘晃弧敖】倒芗摇保窗l(fā)動機健康診斷系統(tǒng)。
其實，我國的液體運載火箭都有一套緊急關(guān)機系統(tǒng)，這套系統(tǒng)通常設(shè)置在地面機柜中，一旦遇到緊急情況，地面設(shè)備可以發(fā)出關(guān)機指令。長六改運載火箭的設(shè)計師們把這套系統(tǒng)搬到了火箭上，這個經(jīng)集成化、小型化設(shè)計后的系統(tǒng)，雖然僅有一本B5書的大小，但其強大的芯片運算能力、快速精準(zhǔn)采集發(fā)動機參數(shù)并進行實時診斷的本事卻不可小覷。
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至2.8秒，在短短的0.3秒內(nèi)，這位“健康管家”需要在前期收集的大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)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(guān)機，確保固體助推器不再執(zhí)行點火程序，可謂是“最強大腦”。設(shè)計師們還為火箭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，如果有兩套及以上系統(tǒng)診斷同時判斷故障存在，才確定為發(fā)動機故障。
健康診斷系統(tǒng)要想正常工作，必須要有一個健康的“體魄”，要健康到什么程度呢?長六改運載火箭的芯級發(fā)動機為低溫液氧煤油發(fā)動機，液氧的溫度為零下183℃，哪怕在設(shè)計師提供的“隔水隔熱服”的保護下，健康診斷系統(tǒng)周圍的環(huán)境依然在零下40℃;發(fā)動機點火后，周圍的溫度驟升為130℃，且伴隨著強烈振動，工作環(huán)境極其惡劣。為此，型號團隊根據(jù)火箭起飛時刻的環(huán)境進行了大量驗證試驗，終于練就了令設(shè)計師滿意的產(chǎn)品。
本次發(fā)射的長征六號改運載火箭，不僅燃料特殊，整個火箭的研制也采用了模塊化、組合化、系列化的模式，可以像搭積木一樣造火箭。那么，模塊化造火箭到底有什么好處?又是怎樣實現(xiàn)的呢?
長征六號改運載火箭沿用了長征五號運載火箭的設(shè)計理念，令火箭的模塊產(chǎn)品盡可能通用，打造多種構(gòu)型，匹配不同任務(wù)需求。
航天科技集團八院長征六號改運載火箭總指揮洪剛表示，像我們目前新一代運載火箭當(dāng)中，長征五號火箭、長征七號火箭和長征八號火箭都是通過模塊化、組合化、系列化的這樣一種發(fā)展途徑研制出來的?？梢酝ㄟ^不同助推模塊的組合形成光桿、捆綁兩個固體助推、兩個通用芯級液體助推等構(gòu)型。
采用模塊化火箭制造后，研制人員可以針對不同的任務(wù)來快速調(diào)節(jié)火箭構(gòu)型，最大程度減少準(zhǔn)備時間，降低火箭發(fā)射成本。通過通用升級模塊，像搭積木一樣形成多種構(gòu)型，滿足不同運載能力需求的系列化火箭，研制更高效，組合更加靈活，性價比更高，產(chǎn)品和技術(shù)更成熟，為我國新一代運載火箭的創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
長征五號是新一代大型兩級低溫液體捆綁式運載火箭，于2016年11月完成首次飛行試驗。今后將承擔(dān)探月工程三期探測器、載人航天空間站試驗艙等發(fā)射任務(wù)。長征五號研制成功后，其綜合性能指標(biāo)與國際先進水平相當(dāng)。
長征五號乙運載火箭是以發(fā)射空間站艙段任務(wù)為目標(biāo)進行設(shè)計的大型近地軌道液體運載火箭，以長征五號運載火箭為基礎(chǔ)進行改進研制，按照“通用化、組合化、系列化”要求，遵循技術(shù)共用和產(chǎn)品化設(shè)計的原則，充分繼承長征五號運載火箭研制基礎(chǔ)和經(jīng)驗，并提高運載能力和可靠性，滿足空間站工程任務(wù)要求。
長征七號是新一代中型兩級液體捆綁式運載火箭，是為了滿足空間站工程發(fā)射貨運飛船而研制的新一代中型運載火箭。貨運飛船作為向空間站及空間科學(xué)實驗室運送貨物和推進劑等物資的使者，被親切地稱為太空中的“快遞小哥”。
長征七號甲是基于長征七號的新一代中型高軌三級液體捆綁式運載火箭，火箭主要用于地球同步軌道衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力為7噸，填補我國地球同步轉(zhuǎn)移軌道5.5噸到7噸之間運載能力的空白。
長征八號是新一代中型兩級液體捆綁式運載火箭，火箭可從文昌和酒泉發(fā)射。全箭總長50.3米，芯一級直徑3.35米，二級直徑3米，單個助推器直徑2.25米，火箭起飛質(zhì)量約356噸，主要用于發(fā)射近地軌道或太陽同步軌道有效載荷，可以把約5噸的有效載荷送入700公里太陽同步軌道。
長征十一號是長征系列運載火箭中唯一一型固體運載火箭，可在不同發(fā)射場、海上和陸地實施發(fā)射。火箭全長近21米，重58噸，起飛推力120噸，兼容2米和1.6米兩款整流罩，可將500公斤的有效載荷送入500公里的太陽同步軌道。長征十一號運載火箭具備小時級發(fā)射、適應(yīng)復(fù)雜發(fā)射環(huán)境、基于民用船舶實現(xiàn)海上發(fā)射等特點，截至目前火箭已在西昌、酒泉、海上進行過發(fā)射，具備很強的適應(yīng)性。
立足未來國際航天發(fā)展趨勢，為保持航天運輸系統(tǒng)先進水平，我國規(guī)劃了新一代長征系列運載火箭型譜。當(dāng)前，我國新一代運載火箭已集體亮相，逐漸在密集、復(fù)雜的航天任務(wù)中擔(dān)當(dāng)重任，中國運載火箭發(fā)展邁入綠色無污染的新階段，運載能力達到世界一流水平。
與現(xiàn)役運載火箭相比，新一代運載火箭的推出是又一次巨大的技術(shù)跨越，不僅采用無毒、無污染的推進劑，而且運載能力成倍增長，令我國進入空間能力大幅提高。隨著新一代長征系列運載火箭的發(fā)展和完善，目前現(xiàn)役的運載火箭將逐步退出歷史舞臺，實現(xiàn)新老火箭全面交替，使我國的運載火箭技術(shù)水平實現(xiàn)新跨越。
來源：中新網(wǎng)、新華網(wǎng)、光明日報、科技日報、北京日報、央視新聞客戶端等綜合
