【環球時報-環球網報道 記者 樊巍】2022年3月29日下午17時50分，由中國航天科技集團八院抓總研制的中國首款固體捆綁運載火箭長征六號改，在太原衛星發射中心點火升空，成功將兩顆衛星送入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。此次發射任務的成功，標志著中國航天科技集團填補了我國固液混合動力運載火箭空白，中國從此擁有了液體動力芯級+固體動力助推的“固液混動”運載火箭。

液體火箭發動機具有性能高、工作時間長的優點，可平穩精準地將衛星送入預定軌道；而固體火箭發動機則具有推力大、結構相對簡單、可靠性高、操作維護方便、貯存時間長，可以免去在發射場復雜的加注流程的特殊優勢。采用固體助推器與液體芯級的組合，可以充分發揮固體大推力、液體長時間高比沖的技術優點，從而實現運載火箭動力系統技術性與經濟性的完美結合。這種“混合動力”的組合是國外典型運載火箭動力系統的主要組成方式，已經有數十年的發展歷程，例如美國的宇宙神5、歐洲的阿里安5、日本的H-2A等，均有過多次成功發射的記錄。在我國現役運載火箭中，有單純以固體發動機或液體發動機作為推力的運載火箭，但固體捆綁運載火箭的研制尚屬頭一次。

據《環球時報》記者了解，長征六號改運載火箭的芯一、二級直徑為3.35米，一級采用兩臺120噸推力的液氧/煤油發動機，二級采用一臺推力18噸的液氧/煤油發動機，芯級捆綁了4臺由航天科技集團四院研發的2米直徑的助推器。助推器采用兩段式120噸推力固體發動機。火箭全箭總長約50米，全箭起飛重量約530噸，700公里太陽同步軌道運載能力不小于4噸。

采用“固液混動”組合的運載火箭雖具有更高效、更經濟的優勢，然而這種組合絕非液體火箭發動機與固體火箭發動機的簡單并聯，想要將兩種“脾氣”和“性格”完全不一樣的火箭發動機應用到同一款火箭身上，并發揮各自的優勢，需要突破諸多技術上的瓶頸。

火箭研發團隊首先需要面臨的就是如何應對固體火箭發動機“開弓沒有回頭箭”的問題。中國航天科技集團八院長六改總體主任設計師楊帆向《環球時報》記者介紹稱，固體發動機雖然具有工作可靠、使用維護簡單的優點，但卻存在一旦點火就無法實施緊急關機的情況；相反，火箭的芯級采用的液體發動機則可以通過緊急關機系統實現關機。因此，在固體助推器點火為長六改火箭提供強大起飛推力前，就需要對火箭芯級液體發動機的健康狀態進行診斷，在確保芯級發動機健康無虞的前提下，固體助推器才可以執行點火程序。

為解決這一問題，長六改火箭的設計師們創新性地為火箭芯一級的液體發動機配置了一位“健康管家”，即發動機健康診斷系統。中國航天科技集團八院長六改電氣系統主任設計師王猛告訴《環球時報》記者，這套系統在芯級發動機點火后開始工作，此時固體助推器尚未點火產生強大的起飛推力，四個助推器的重量可以將整個火箭牢牢固定在發射臺上。這位“健康管家”僅有0.3秒的時間，對芯級發動機健康狀態進行迅速診斷，從而決定發射進程能否繼續；如果診斷時間過長，則會持續消耗發動機的推進劑，影響火箭的運載能力。

“這個經集成化、小型化設計后的系統，僅有一本B5書的大小，但其強大的芯片運算能力、快速精準采集發動機參數并進行實時診斷的本事卻不可小覷。在芯級液體發動機點火后的2.5秒，健康診斷系統進入發動機診斷窗口；2.5-2.8秒，在短短的0.3秒內，這套系統需要在前期收集的大量數據基礎上，對發動機的健康狀況進行診斷：若監測到發動機存在問題，要在須臾間完成故障發動機自動緊急關機，確保固體助推器不再執行點火程序。目前國內也尚無在火箭發射中應用發動機健康診斷系統的先例，此次發射任務的成功進一步驗證了健康診斷系統方案設計的正確性以及工程應用的可靠性。”王猛稱。

而從發動機點火到星箭分離的1000多秒時間里，運載火箭會經歷固體助推器與芯級分離、整流罩分離、一二級分離、星箭分離等一系列動作，每一步都至關重要，特別是一級與助推聯合飛行段，這是一段堪稱“剛柔并濟”的飛行體驗，中國航天科技集團八院長六改控制系統副主任設計師胡存明告訴《環球時報》記者，此時，火箭助推器的固體發動機和芯級液體發動機會同時工作，給火箭的控制系統帶來了巨大挑戰。

“固體發動機推力大，四個固體助推器能為全箭提供了近70%的推力，但本身存在推力全程不穩定的問題，不像液體發動機可以持續輸出一條平穩的直線。” 胡存明介紹稱，“捆綁在火箭四個方位的固體助推器，點火后也做不到完全‘步調一致’，有的是‘急性子’，有的稍微慢一點，這會對火箭產生一定的翻轉力矩。”為此，火箭控制系統研制團隊對各類極限條件進行了全面的仿真與評估，采用固體捆綁火箭三通道聯合搖擺控制方案，將液氧煤油發動機+液壓伺服機構與固體發動機+電動伺服機構這種跨界混搭組合牢牢“拿捏”，確?；鸺钠椒€飛行。

而在火箭在飛行過程中，芯級與助推器發動機在程序轉彎過程中都要擺動，共同參加火箭的姿態控制，而兩種發動機的特點不同、伺服機構的動態特性不同，則意味著芯級與助推器之間勢必存在相互干擾，對火箭的穩定飛行會帶來不利影響。為此，長六改運載火箭創新性的采用了聯合搖擺控制方案，通過優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，從而讓火箭優雅端莊、信步蒼穹。

此外，作為一枚捆綁火箭，火箭助推器在完成“使命”后與芯級安全分離是火箭飛行過程中最關鍵的分離程序之一。在固體助推器分離的瞬間，失去了大推力固體發動機的加持，火箭可能會面臨“空中大剎車”的局面。為了實現在惡劣的力熱環境、發動機后效推力、氣動阻力等復雜干擾情況下，確保助推器和芯級安全的分離，研制團隊合理選擇分離動力源并優化布局，結合分離時序等設計，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。

       據《環球時報》記者了解，此次長六改運載火箭的成功也意味著我國突破了以固體發動機作為火箭助推器的一系列關鍵技術。航天科技集團四院固體運載發動機系列總設計師王健儒在接受《環球時報》記者采訪時透露，目前，直徑3.2米3分段固體發動機已經試車成功，這將使中國大型固體發動機自主創新的研制能力和水平得到進一步提升。下一步，將進一步擴展段式，必將對中國運載能力的提升起到巨大的推動作用。而未來，固體火箭發動機還可以應用于大型、重型運載火箭固體助推器中，將單段規模進行拓展，發動機推力將大幅提升，可滿足我國空間裝備、載人登月、深空探索的發展需求，為建立并完善國內的固體、液體運載火箭相結合的完善的航天運輸系統，構建國內快速空間信息支援能力和控制空間能力提供了動力支撐。