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我國正在研制智慧火箭 將提高發(fā)射成功率
最后更新: 2020-10-13 07:34:22據(jù)微信公眾號“中國運載火箭技術(shù)研究院”10月13日消息,近年來,我國運載火箭高密度發(fā)射已呈常態(tài)化,屢屢成功,但飛行故障甚至飛行失利也偶有發(fā)生。對這些案例進行分析后,技術(shù)人員發(fā)現(xiàn),如果箭上能夠具備故障診斷和自主飛行的能力,也就是讓火箭有智慧、更聰明,在故障發(fā)生時,自主進行稍許調(diào)整,飛行結(jié)果便能大幅改善,飛行任務(wù)將更加可靠。如何實現(xiàn)從傳統(tǒng)的按照飛行程序自動飛行,到自主化飛行的跨越,完成火箭技術(shù)的更新?lián)Q代,是當(dāng)前運載火箭發(fā)展中的迫切需求,也就是火箭院正在致力研究的智慧火箭技術(shù)。
某型號火箭順利發(fā)射
2018年底,火箭院發(fā)布《人工智能發(fā)展規(guī)劃》,以此為牽引,首次明確提出了“智慧火箭”的概念。從2018年至2020年,一批具有初步智能化飛行特征的技術(shù)取得了實質(zhì)性進展,其中有兩方面的技術(shù)取得了重要成果。
成果一:射前-12小時無人值守
這項技術(shù)我們之前詳細介紹過,近期又有了新的進展?;鸺?5所副主任設(shè)計師張振華介紹,大口徑低溫密封技術(shù)作為無人值守關(guān)鍵技術(shù)之一,其密封性能影響著加注安全,也為總體無人值守方案的順利實施奠定基礎(chǔ)。此項技術(shù)已于2020年7月完成了系列驗證試驗,并完成了液氮溫區(qū)的密封性能試驗,近期將開展液氫溫區(qū)的性能試驗。液氫比液氮沸點更低,密封難度更大,對產(chǎn)品要求更高。
液氮溫區(qū)密封試驗現(xiàn)場
成果二:火箭自主性故障診斷
和軌跡重規(guī)劃
這是智慧火箭領(lǐng)域的一次重大突破?;鸺嚎傮w設(shè)計部和12所分別進行了相關(guān)技術(shù)的攻關(guān)研究??傮w設(shè)計部智慧火箭項目總體設(shè)計人員程興介紹:現(xiàn)在的火箭都是按照設(shè)計好的預(yù)定策略和軌道飛行,一旦飛行過程中出現(xiàn)故障將有可能導(dǎo)致任務(wù)失敗。而智慧火箭是有智商的,在出現(xiàn)故障時能夠自動辨識出來,并且根據(jù)辨識的結(jié)果主動更改策略,依據(jù)實際情況自身進行重新規(guī)劃,可以說,火箭變得更聰明了。
對于這個問題,總體設(shè)計部開展了飛行過程中的全箭故障診斷和在線軌跡規(guī)劃技術(shù)研究。在運載火箭飛行過程中,監(jiān)測飛行動力學(xué)參數(shù),如果發(fā)現(xiàn)主發(fā)動機出現(xiàn)推力下降或消失等故障,則根據(jù)當(dāng)時的飛行速度和位置以及剩余燃料,對飛行能力進行評估,并在線完成飛行軌跡重新規(guī)劃。此時,火箭將不再按預(yù)定程序飛行,而是初步具備了自主飛行的能力。目前該技術(shù)已完成地面數(shù)學(xué)和半實物仿真試驗,將于近期搭載長征二號丙火箭進行飛行試驗。
研究人員進行設(shè)備安裝調(diào)試,準(zhǔn)備半實物仿真試驗
火箭院12所主要在火箭的控制系統(tǒng)智能化技術(shù)方面進行了攻關(guān)。攻關(guān)團隊負(fù)責(zé)人張惠平介紹,團隊針對發(fā)動機推力下降和姿控噴管常開/常閉/極性接反等故障,開展了“典型動力故障辨識與制導(dǎo)控制重構(gòu)技術(shù)”攻關(guān),即在動力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,讓控制系統(tǒng)提供幫助,使火箭實現(xiàn)自救。比如:當(dāng)末修發(fā)動機和姿控噴管發(fā)生故障時,火箭通過自動故障診斷、評估與重構(gòu),依然能保持姿態(tài),穩(wěn)定地高精度入軌。這項技術(shù)在2020年7月9日搭載長征三號乙Y64運載火箭,在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,圓滿完成了搭載試驗驗證,并將在后續(xù)飛行中繼續(xù)進行飛行驗證。
火箭末速修正飛行過程模擬圖
而當(dāng)主發(fā)動機推力發(fā)生故障時,也可以利用控制系統(tǒng)信息,在線辨識出是哪臺發(fā)動機發(fā)生了故障以及推力的下降程度,并在線規(guī)劃出新的飛行軌跡,通過制導(dǎo)姿控重構(gòu),使火箭進入安全軌道或降級軌道。這項技術(shù)已完成半實物仿真試驗,并通過12所自研的可重復(fù)使用飛行器完成了飛行驗證。
主發(fā)動機發(fā)生故障后,在線規(guī)劃新的停泊軌道與降級軌道,挽救火箭任務(wù)
程興介紹,以美國為代表的航天大國在20世紀(jì)中期已經(jīng)開始了智慧火箭相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究,在設(shè)計之初就充分考慮了各系統(tǒng)可能發(fā)生的故障,并采取了一定的自主飛行備份措施。2012年Falon9火箭發(fā)射,之后的德爾塔4火箭發(fā)射,都出現(xiàn)了飛行中發(fā)動機推力下降的故障,由于均采用了不同程度的箭上故障診斷和軌跡重規(guī)劃技術(shù),最終沒有影響主要任務(wù),成功將載荷送入軌道。
德爾塔4火箭發(fā)射升空
借鑒了航天大國在智慧火箭領(lǐng)域先進的設(shè)計理念和成功案例,經(jīng)過兩年的刻苦攻關(guān),火箭院的智慧火箭項目取得了階段性成果。智能化飛行技術(shù)支撐了火箭技術(shù)的進步,未來的火箭將逐步過渡到自主、智能化飛行,是智能設(shè)計、智能生產(chǎn)、智能測發(fā)、智能飛行、智能管理(過程控制)相結(jié)合的有機整體,是傳統(tǒng)火箭與新一代信息產(chǎn)業(yè)之間發(fā)生的劇烈的“化學(xué)反應(yīng)”。相比傳統(tǒng)火箭,智慧火箭成本更低、參研人員更少、效率更高,可進一步實現(xiàn)我國運載火箭可靠性的跨越式提升。
未來的重型運載火箭將集中體現(xiàn)智慧火箭的設(shè)計思路和研制模式(來自網(wǎng)絡(luò))
標(biāo)簽 運載火箭- 原標(biāo)題:火箭院正在研制智慧火箭 將來發(fā)射成功率更高了
- 責(zé)任編輯: 于文凱 
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