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

長征六號改運載火箭發(fā)射升空

可實現14天快速發(fā)射目標

2022年3月29日17時50分，長征六號改運載火箭將兩顆人造衛(wèi)星成功發(fā)射升空，并順利送入預定軌道。

與“長征六號”不同，“長征六號改”芯一級和芯二級的箭體直徑均為3.35米。在動力系統方面，“長征六號改”仍然是在一級安裝兩臺120噸推力的YF-100液氧/煤油發(fā)動機，二級安裝一臺推力18噸的YF-115液氧/煤油發(fā)動機。在芯一級的側面，捆綁了4臺直徑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)動機。整流罩直徑由“長征六號”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。

“長征六號改”全箭總長約50米，起飛推力7230千牛，起飛質量約530噸，可實現700千米太陽同步軌道4.5噸的運載能力。

“長征六號改”作為我國第一型捆綁固體助推器的新一代長征系列運載火箭，可充分發(fā)揮液體火箭發(fā)動機性能高、工作時間長，以及固體火箭發(fā)動機推力大、工作可靠、使用維護簡單的綜合優(yōu)勢?！伴L征六號改”的4枚固體助推器在起飛時為全箭提供了近70%的推力。

通過采用固體助推器，“長征六號改”實現了模塊化、組合化、系列化設計，后續(xù)可通過助推器的調整，形成多種構型，打造運載能力覆蓋范圍廣、梯度合理、性價比高的運載火箭系列，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)動機具有部組件少、結構相對簡單、可靠性高的優(yōu)勢，“長征六號改”的箭上管路系統“瘦身”了55%之多；由于固體火箭發(fā)動機具有操作維護方便、貯存時間長的優(yōu)勢，“長征六號改”最終實現了固體助推器在發(fā)射場的直接安裝，并實現了火箭靶場準備14天即可快速發(fā)射的指標。

集成化發(fā)動機健康診斷系統

當然，使用固體火箭發(fā)動機也并非全都是益處。固體火箭發(fā)動機大推力也帶來更大的振動，另外固體火箭發(fā)動機排焰含有高溫的固體粒子，造成對于火箭底部的輻射熱環(huán)境也大大加強。為了克服在飛行過程中固液發(fā)動機聯合工作帶來的復雜力、熱環(huán)境，“長征六號改”在設計中需要對捆綁火箭力學環(huán)境條件，以及氣固兩相噴流底部熱環(huán)境進行精確預示。

采用捆綁形式的固體火箭發(fā)動機助推器，還帶來了點火流程的變化，即在火箭發(fā)射時，需要運載火箭芯一級的液體火箭發(fā)動機先點火，之后4個助推器的固體火箭發(fā)動機再點火。然而由于固體火箭發(fā)動機一旦點火就不能再關機了，此時芯一級的液體火箭發(fā)動機如果發(fā)生故障，就沒法讓火箭停止工作排除故障了。因此，“長征六號改”需要在固體助推器點火前，對芯級液體發(fā)動機的健康狀態(tài)進行診斷，及早發(fā)現可能存在的問題。

長征六號改火箭攜帶的4個固體助推器

為此，“長征六號改”配置了僅有一本B5書大小的集成化發(fā)動機健康診斷系統，具備快速精準采集發(fā)動機參數并進行實時診斷的能力。該系統在芯級液體發(fā)動機點火后的2.5秒，開始進行發(fā)動機診斷，通過持續(xù)0.3秒的監(jiān)測和診斷，判斷發(fā)動機是否存在故障。如果認為發(fā)動機存在故障，它就會對芯級液體發(fā)動機進行自動緊急關機，并切斷固體助推器點火程序，阻止其點火工作。

為了保證發(fā)動機健康診斷系統的工作可靠，不僅在前期收集了大量的發(fā)動機基礎工作數據，確保對情況判斷準確，還在火箭上配置了3套相同的診斷系統，對發(fā)動機狀態(tài)進行同時診斷，如果有兩套及以上系統診斷同時判斷故障存在，才能確定為發(fā)動機故障。

除此以外，發(fā)動機健康診斷系統還需要適應“長征六號改”芯級工作時的苛刻環(huán)境。由于“長征六號改”的芯級發(fā)動機為低溫液氧/煤油發(fā)動機，液氧的溫度為-183℃。在這樣低溫環(huán)境的影響下，發(fā)動機健康診斷系統周圍的環(huán)境達到了-40℃。然而當芯級發(fā)動機點火后，發(fā)動機健康診斷系統周圍的溫度又會迅速上升到130℃，而且伴隨著強烈的振動，工作環(huán)境極其惡劣。

“智慧發(fā)射場”保駕護航

為了“長征六號改”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”，運用物聯網技術對地面設施設備進行統一的數據采集和整合，并通過大數據技術進行梳理融合，實現了全系統態(tài)勢感知、全過程智能管控以及全流程驅動保證支持，可實現固體助推器在發(fā)射場直接安裝，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)射工位實現了火箭發(fā)射點火前4小時無人值守，臨射前的一系列操作由發(fā)射系統進行遠程控制。這得益于一套能夠實現自動對接加注的“智能機械臂”。傳統火箭在加注或者泄出推進劑時，一般采用人工現場手動對接、自動脫落的方式，這就需要發(fā)射現場一直有人值守，而“智能機械臂”完全代替了人工的作用。這套機械臂可以確保在雨、雪、霧等復雜天氣環(huán)境中準確獲取目標位置，克服火箭因載荷變化或風力影響產生的隨機晃動，動態(tài)測量、實時跟蹤火箭上的加注閥門，確保對接準確。