2022年3月29日17时50分，我国首型固体捆绑中型运载火箭“长征六号改”在太原卫星发射中心成功发射，顺利将浦江二号卫星和天鲲二号卫星送入预定轨道。“长征六号改”运载火箭（以下简称长六改火箭）首飞任务取得圆满成功，标志着我国新一代运载火箭家族再添新成员，进一步完善了我国新一代运载火箭的型谱建设。
我国首型“混动版”长征运载火箭首飞成功。新京报我们视频
新京报记者从中国航天科技集团八院获悉，长六改火箭作为我国首型固体捆绑火箭，其火箭芯级采用了液氧煤油发动机，并捆绑了四个固体发动机作为助推器。与常规的运载火箭点火流程不同，火箭发射时，长六改火箭芯一级发动机先点火，四个固体发动机助推器再点火。
据悉，长六改火箭全箭总长约50米，全箭起飞重量约530吨，700公里太阳同步轨道运载能力不小于4吨。火箭采用了模块化、组合化、系列化发展途径，可通过助推器的调整，形成多种构型，打造运载能力覆盖范围广、梯度合理、性价比高的运载火箭系列，可满足未来卫星多样化的密集发射需求。此次任务也是我国长征系列运载火箭的第412次发射。
长六改效果图。航天科技集团八院供图
“混动”火箭，实现14天快速发射
回顾我国运载火箭发展史，长征系列运载火箭已迈入400+发射的崭新征程，但尚未有固体捆绑火箭的先例。长六改火箭作为我国第一型“混合动力”的新一代长征系列运载火箭，充分发挥液体发动机性能高、工作时间长和固体发动机推力大、工作可靠、使用维护简单的综合优势。
据了解，长六改火箭芯一、二级直径为3.35米，一级采用两台120吨推力的液氧/煤油发动机，二级采用一台推力18吨的液氧/煤油发动机，芯级捆绑4台2米直径的助推器。单枚助推推力可达120吨，刷新了长征系列运载火箭最快“起跑”纪录。
同时，借助固体发动机结构相对简单、部组件少、可靠性高、操作维护方便、贮存时间长的优势，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。这意味着，它满足了中低轨道卫星高密度发射需求。
此外，为了克服在飞行过程中固液发动机联合工作带来的复杂力、热环境，研制人员建立了全面完整的捆绑火箭力学环境条件设计方法体系和气固两相喷流底部热环境预示模型，国内首次定量描述了声致振动特性，通过精准预示和控制措施，有效确保了“乘客”的乘坐舒适性。
长六改火箭“整装待发”。航天科技集团八院供图（孙公明 摄）
为火箭配置“健康管家”，让长六改更智能
固体发动机虽然工作可靠、使用维护简单，但却存在一旦点火就无法实施紧急关机的情况；相反，火箭芯级采用的液体发动机则可以通过紧急关机系统实现关机。因此，在固体助推器点火为长六改火箭提供强大起飞推力前，需要对火箭芯级液体发动机的健康状态进行诊断，在确保芯级发动机健康无虞的前提下，固体助推器才执行点火程序。
为了发射前给火箭发动机做一次全面的健康检查，长六改火箭的设计师们为火箭芯一级的液体发动机配置了一位“健康管家”，即发动机健康诊断系统。“健康管家”要在极短的时间内对液体发动机启动后的工作状态进行准确无误地判断，还不能因自身故障把正常工作的发动机误关机，导致火箭发射推迟，以此真正做到快速诊断、准确判断，保证发射任务万无一失。
发动机健康诊断系统在芯级发动机点火后开始工作，此时固体助推器尚未点火产生强大的起飞推力，四个助推器的重量可以将整个火箭牢牢固定在发射台上。健康诊断系统仅有0.3秒的时间，对芯级发动机健康状态进行迅速诊断，从而决定发射进程能否继续；如果诊断时间过长，则会持续消耗发动机的推进剂，影响火箭的运载能力。
实际上，我国的液体运载火箭都有一套紧急关机系统，这套系统通常设置在地面机柜中，一旦遇到紧急情况，地面设备可以发出关机指令。但是这次，长六改火箭的设计师们把这套系统搬到了火箭上。
记者了解到，搬上火箭后的这个经集成化、小型化设计后的系统，只有一本B5书的大小，但其强大的芯片运算能力、快速精准采集发动机参数并进行实时诊断的本事却不可小觑。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。
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。
矗立在塔架旁的长六改火箭。航天科技集团八院供图（孙公明 摄）
“智能机械臂”，实现运载火箭首次智能化对接加注
加泄连接器是运载火箭在加注/泄出推进剂时，箭上系统与地面支持系统之间的连接设备。在常规的火箭发射流程中，加泄连接器一般采用人工现场手动对接、自动脱落的方式，而长六改火箭打造的地面发射支持系统则将火箭芯一级的加泄连接器升级为一款可自动对接的“智能机械臂”，以“一臂之力”实现了我国运载火箭的首次智能化对接加注。
在火箭加注前，火箭会因为载荷变化或风力的影响产生随机晃动，那在火箭“随风摇曳”的状态下，怎么才能让机械臂对得准？中国航天科技集团有限公司八院805所的设计师们通过技术攻关，赋予了机械臂自主学习和空间姿态捕获的能力，让它像长了“大脑和眼睛”一样，具备了动态测量、实时跟踪的本事，可以确保在雨、雪、雾等复杂天气环境中准确获取目标位置。
由于加泄连接器与火箭上的加注阀门都采用金属材质，稍许的磕碰就会产生划痕或金属碎屑，从而影响管路的气密性，因此在对接过程中要保证动作足够“轻柔”，实现精准对接。设计师综合运用6个自由度柔性连接的方式和基于导向容差结构的机械被动柔顺方式，做到如试验队员现场操作一般，实时调整用力方向，让连接器“温柔”又精准地与箭上阀门对接。
一级液氧加注后，连接器内残存的液氧温度为-183℃，在常规情况下连接器脱落后对接面会产生结霜、结冰的现象。但如果需要再次对接加注，该怎么办？为了确保可实现多次可靠对接，设计师利用真空绝热的原理，给连接器定制了一件“保温服”，同时采用氮气吹除保护技术，降低环境中的水分含量，从而有效保证了低温环境下加泄连接器再次对接时的可靠性。
长六改火箭正在点火，即将发射升空。航天科技集团八院供图（孙公明 摄）
零秒脱落技术，为火箭起飞保驾护航
长六改火箭的二级加泄连接器、卫星整流罩空调送风连接器均采用零秒脱落技术，也就是在火箭起飞的瞬间连接器完成迅速脱落。这意味着高可靠性的脱落分离对连接器来说至关重要，如果分离不成功或分离时产生的力过大，可能对箭体结构以及火箭的起飞姿态等造成严重影响。
为了使加泄连接器在加注过程中、在火箭点火至起飞前恶劣的振动环境下保持与箭体接口可靠连接，同时又需要保证在火箭起飞后与箭体接口的可靠分离，设计师们在进行二级加泄连接器设计时采用骑搭结构，该结构简单、对接容易、可靠性高，能够保证让加泄连接器紧紧地抓住火箭；而在分离环节设计时，则采用主动脱落、被动脱落等四重冗余脱落方案，即便在脱落机构卡死、脱落供气失效等极端情况下，二级加泄连接器依然能够实现安全可靠脱落。
此外，长六改火箭还有一套强制收回与捕获系统，可以有效控制连接器脱落后的活动范围。据设计师介绍，该系统具有力气大、接触柔的特点。“力气大”可以能保证连接器脱落后将其快速收回至塔架，防止随“风”飘动对火箭起飞造成影响；接触柔，相当于给连接器配备了“缓冲防护垫”，减小回收的冲击力，避免撞坏产品本身。
据中国航天科技集团有限公司八院长六改副总设计师张亮介绍，“零秒脱落技术的创新为我们型号的流程优化奠定了基础，也是我们深化型号科研生产模式转型的一项重要举措。”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，为实现火箭发射前4小时全体工作人员从发射塔架撤离提供了保障，为新一代火箭迈向智能化发展提供了技术验证、奠定了坚实基础。
新京报记者 张建林
编辑 陈静 校对 刘越
