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中國航天科技集團(tuán)余夢倫智能火箭創(chuàng)新實驗室深耕前沿技術(shù) 讓運(yùn)載火箭飛得更遠(yuǎn)更穩(wěn)更準(zhǔn)

運(yùn)載火箭在整個航天技術(shù)中的地位非常重要,火箭的運(yùn)載能力有多大,航天的舞臺就有多大。錨定新的中國“高度”,研制性能更安全、“頭腦”更聰明、成本更低廉的運(yùn)載火箭,是航天人不懈的追求。

中國航天科技集團(tuán)一院的余夢倫智能火箭創(chuàng)新實驗室(以下簡稱“實驗室”),正是這方面的探索者和實踐者。這支團(tuán)隊深耕前沿技術(shù),努力把火箭智能化發(fā)展和可重復(fù)使用能力的基礎(chǔ)性技術(shù)做細(xì)、做精、做強(qiáng)。

唯有依靠科技創(chuàng)新,才能確保萬無一失

如果用一句話概括,實驗室的工作就是在研制智能火箭的科學(xué)探索中,努力實現(xiàn)“從0到1再到N”的創(chuàng)新突破。“從0到1”,代表著智能火箭關(guān)鍵核心技術(shù)實現(xiàn)密集突破;“從1到N”,意味著讓科技創(chuàng)新為運(yùn)載火箭賦能新力量,誕生無限可能。

近年來,我國航天事業(yè)取得載人航天、探月探火、衛(wèi)星導(dǎo)航等多項具有里程碑意義的重大成就。

接下來,運(yùn)載火箭的發(fā)展方向是什么?作為運(yùn)載火箭研制的“國家隊”,中國航天科技集團(tuán)一院始終在思考這個問題。

結(jié)合國際趨勢和國內(nèi)需求,2021年,一院總體設(shè)計部正式成立實驗室,確立了智能飛行、重復(fù)使用這兩大研究領(lǐng)域,明確六類重點(diǎn)方向,實施智能火箭工程,為航天強(qiáng)國建設(shè)注入新動力。

在最近一次載人航天任務(wù)中,長征二號F遙十八運(yùn)載火箭的可靠性評估值,已從0.9896提升至0.9903,安全性評估值達(dá)0.99996。

“為了再提升那零點(diǎn)零零幾的火箭可靠性,靠一般技術(shù)冗余和管理優(yōu)化手段,難度已越來越大。唯有依靠科技創(chuàng)新,才能實現(xiàn)可靠性的提升。”實驗室副主任馬英表示。

馬英介紹,根據(jù)國外一些經(jīng)驗,火箭在發(fā)射過程中盡管遭遇故障,卻仍然可以通過自主關(guān)閉故障發(fā)動機(jī)、調(diào)整任務(wù)剖面等措施,保障后續(xù)任務(wù)的完成。參數(shù)正常,任務(wù)會成功;參數(shù)出現(xiàn)正常波動和偏差,也不會有太大問題。但如果出現(xiàn)一些意外和重大干擾,參數(shù)偏差過大,就可能導(dǎo)致火箭發(fā)射任務(wù)失敗。

實驗室通過關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),幫助火箭具備故障診斷與主動處置能力。一旦火箭在飛行過程中出現(xiàn)不可控的故障,就能夠立刻自動辨別出來,并根據(jù)辨識的結(jié)果主動更改策略,依據(jù)實際情況自身重新進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃和系統(tǒng)重構(gòu),保證任務(wù)成功。

徐喆垚是一院總體設(shè)計部的一名設(shè)計師,長期參與研制各類重點(diǎn)型號火箭。去年他加入了實驗室,投入到讓火箭更智能這件事上。他總是“泡”在實驗室里,守著心愛的火箭“大玩具”。

“團(tuán)隊研制的這套火箭智能系統(tǒng)叫‘扁鵲’,表達(dá)了我們對火箭能夠自主診斷故障并修復(fù)的美好寄托。”徐喆垚說,扁鵲系統(tǒng)已經(jīng)完成了全部調(diào)試,正在進(jìn)行地面試驗,將擇機(jī)在后續(xù)發(fā)射任務(wù)中實現(xiàn)搭載應(yīng)用。

重復(fù)使用是智能火箭的另一熱門技術(shù)。在馬英看來,運(yùn)載火箭本質(zhì)上仍是把人或者物品運(yùn)輸至太空的交通工具,降本增效是大勢所趨,必須及早布局、抓緊攻關(guān)。

實驗室成立當(dāng)年的6月3日,在長三乙火箭飛行任務(wù)中,首次完成了我國基于300平方米可控翼傘的助推器落區(qū)控制飛行搭載驗證。助推器與芯級分離后,實現(xiàn)了高動態(tài)下的衛(wèi)星導(dǎo)航連續(xù)定位,在預(yù)定高度執(zhí)行了各項關(guān)鍵動作,最終在翼傘的作用下,按預(yù)定的歸航策略向目標(biāo)機(jī)動點(diǎn)飛行,試驗獲得圓滿成功。這為未來實現(xiàn)子級可控回收、垂直返回等新技術(shù)奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

基于在飛行動力學(xué)領(lǐng)域深厚的專業(yè)積累,實驗室自主研制了“天際”軟件系統(tǒng)。這套智慧火箭總體設(shè)計與仿真工具體系已推廣應(yīng)用到所有運(yùn)載火箭型號研制中,初步實現(xiàn)了火箭飛行任務(wù)設(shè)計與仿真的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、智能化,極大提升了型號研制效率。

實驗室的每個成員都“肩挑兩頭”,既是實驗室的一分子,同時也繼續(xù)承擔(dān)原崗位的型號研制工作。這是因為,和其他科研部門不同,實驗室的定位就是服務(wù)航天工程、解決實際問題。用實驗室成員的話來說:“從來沒感覺在實驗室干的是和原崗位不相干的事情。”無論是智能飛行還是重復(fù)使用,實驗室的前沿研究成果很多可以直接應(yīng)用于型號任務(wù);反過來,在研火箭技術(shù)也為實驗室的創(chuàng)新探索提供充足“養(yǎng)料”,兩者相輔相成、互相促進(jìn)。

內(nèi)部跨越專業(yè)界限,發(fā)揮多學(xué)科交叉的創(chuàng)新優(yōu)勢

實驗室的創(chuàng)新為何又快又好?“這主要得益于實驗室多學(xué)科交叉的創(chuàng)新優(yōu)勢。”受訪科研人員不約而同地告訴記者。

原先研制運(yùn)載火箭的過程中,如果某專業(yè)遇到了研究瓶頸,需要另外一個專業(yè)輔助,一般需要部門層面幫助協(xié)調(diào)。一來一往,無疑增加了溝通成本。但如果單純以課題組的形式推進(jìn)研發(fā),往往難以持續(xù)深入攻關(guān)。

既能打破專業(yè)界限,又能以長期的模式固定下來,實驗室的長處由此凸顯。

“我們將原本屬于不同領(lǐng)域的人才聚集起來,為了一個科學(xué)目標(biāo)共同努力。”馬英說,很多青年設(shè)計師反映,他們對智能火箭的前沿發(fā)展方向很感興趣,但苦于沒有合適的平臺和機(jī)會。因此,實驗室剛一成立,就得到眾多科研人員的積極響應(yīng)。

經(jīng)過優(yōu)中選優(yōu),實驗室集合了來自不同科室(班組)的總體設(shè)計彈道、制導(dǎo)、姿態(tài)控制、電氣、飛行性能仿真等多個專業(yè)的骨干力量,充分發(fā)揮多學(xué)科交叉的創(chuàng)新優(yōu)勢。

作為實驗室的一名彈道設(shè)計師,張志國表示,運(yùn)載火箭的研制工作艱深復(fù)雜,涉及多個學(xué)科領(lǐng)域,不可能靠一個人做出來。

“日常工作中,我經(jīng)常遇到科研難題,怎么也想不出來,但通過和實驗室其他專業(yè)背景的成員討論,三言兩語都可能讓我得到啟發(fā)。”張志國深有感觸。

內(nèi)部跨越專業(yè)界限,實驗室還與外部科研單位積極合作。

專家表示,航天技術(shù)攻堅克難,既要發(fā)揮“國家隊”的傳統(tǒng)優(yōu)勢,也要充分吸納一些高??蒲性核踔疗髽I(yè)的研發(fā)成果。經(jīng)過前期深入調(diào)研,馬英坦陳,他們發(fā)現(xiàn)很多外部科研單位在智能技術(shù)領(lǐng)域的積累非常深厚,技術(shù)視角非常前沿。“但可能一些人并不知道這些技術(shù)能用在火箭上,我們也意識到實驗室很多項目都可以將這些技術(shù)吸納進(jìn)來。”通過發(fā)布研究課題、設(shè)立創(chuàng)新基金等多種多樣的開放形式,實驗室與國內(nèi)眾多高校和科研院所的優(yōu)秀科研團(tuán)隊開展聯(lián)合攻關(guān)。扁鵲系統(tǒng)研制過程中的很多精密算法,就是實驗室與外部科研單位通力合作的成果。

建立科學(xué)的考核激勵制度,釋放實驗室人員活力

一個人做“兩份工”,既要保證完成原崗位的任務(wù),也要投入實驗室的項目研發(fā),大家愿意嗎?

答案是肯定的。實驗室建立的考核激勵制度,充分激發(fā)科研人員的創(chuàng)新積極性和主動性。

“我們的考核激勵制度,輕數(shù)量重質(zhì)量。”馬英介紹,實驗室每個月都要例行考核,但考核重點(diǎn)看兩個方面:一是所做研究是否提升了專業(yè)認(rèn)識,“讓大家有恍然大悟之感”;二是所做研究是否解決了通用性工具建設(shè)問題。

馬英說,在實驗室里,一個人研究報告寫得再多也沒有用,數(shù)量絕不是關(guān)鍵。“如果這個月沒有人做得好,那就不考核了。再比如,參加考核的有20余人,有時候可能只獎勵2至3人,寧缺毋濫。獎勵不是‘撒胡椒面’,‘蛋糕’就這么大,獲得獎勵的人越少,個人所得越多。”

值得一提的是,實驗室和原部門制度充分打通,一個人的研究成果倘若足夠優(yōu)秀,就能“兩頭開花”,在所在工程組給予常規(guī)獎勵的基礎(chǔ)上,實驗室依然會進(jìn)一步給予考核激勵。

科學(xué)的獎勵制度,讓實驗室的成員們干勁十足,許多人主動作為。據(jù)實驗室有關(guān)負(fù)責(zé)人回憶,好幾次會議,他剛把計劃要做的事情說出來,就有實驗室成員表示:“早做出來了,要不要去看一下?”

大家之所以“甩開膀子干”,還緣于實驗室寬松的創(chuàng)新氛圍。張志國說,在實驗室里做科研,大家并不怕出錯。發(fā)現(xiàn)一條路行不通,本身也是一種成功——這已經(jīng)成為實驗室的共識。當(dāng)科研人員的心理負(fù)擔(dān)沒這么重的時候,就敢于打開思路,讓創(chuàng)造力和想象力自由發(fā)揮。

截至目前,實驗室共有20多人。馬英表示,實驗室不是封閉的,會根據(jù)每階段研究重點(diǎn)的不同,吸納更加匹配的專業(yè)人才加入。接下來,實驗室將繼續(xù)提升在役和新研運(yùn)載火箭的故障適應(yīng)能力,圍繞更多智能火箭前沿技術(shù)持續(xù)攻關(guān),讓運(yùn)載火箭飛得更遠(yuǎn)更穩(wěn)更準(zhǔn)。

[責(zé)任編輯:潘旺旺]