3月29日下午，距離我國首枚固體捆綁中型運(yùn)載火箭長征六號改的首飛還有4小時(shí)，在測控發(fā)射大廳里，中國航天科技集團(tuán)有限公司八院長六改試驗(yàn)隊(duì)員正在有序推進(jìn)火箭發(fā)射前的各項(xiàng)加注以及測試工作。與以往運(yùn)載火箭發(fā)射不同，此時(shí)，前端塔架上所有操作人員早已安全撤離?；鸺l(fā)射前的所有工作都通過測控發(fā)射大廳實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。這是長六改火箭無人值守技術(shù)帶來的發(fā)射場景。

17時(shí)50分，火箭點(diǎn)火指令發(fā)出，火箭二級加泄連接器、整流罩連接器瞬時(shí)脫落，火箭一飛沖天，中國航天科技集團(tuán)八院抓總研制的長征六號改運(yùn)載火箭首飛任務(wù)圓滿成功，我國運(yùn)載火箭首次無人值守技術(shù)完美亮相。這為我國運(yùn)載火箭的發(fā)射新增了一層“生命安全保障”，使得我國運(yùn)載火箭的智能化水平和安全性保證再上新臺(tái)階。

“四大絕技”傍身

機(jī)械臂對接加注輕松自如

簡單來說，加泄連接器就是運(yùn)載火箭在加注/泄出推進(jìn)劑時(shí)，箭上系統(tǒng)與地面支持系統(tǒng)之間的連接設(shè)備。在常規(guī)的火箭發(fā)射流程中，加泄連接器一般采用人工現(xiàn)場手動(dòng)對接、自動(dòng)脫落的方式，而長六改火箭打造的地面發(fā)射支持系統(tǒng)則將火箭芯一級的加泄連接器升級為一款可自動(dòng)對接的“智能機(jī)械臂”，以“一臂之力”實(shí)現(xiàn)了我國運(yùn)載火箭的首次智能化對接加注。

這是一只“長了大腦和眼睛”的機(jī)械臂。比如在火箭加注前，會(huì)因?yàn)檩d荷變化或風(fēng)力的影響產(chǎn)生隨機(jī)晃動(dòng)，那在火箭“隨風(fēng)搖曳”的狀態(tài)下，怎么才能讓機(jī)械臂對得準(zhǔn)呢?中國航天科技集團(tuán)有限公司八院805所設(shè)計(jì)師歷時(shí)4年攻關(guān)，通過跨學(xué)科鉆研，賦予了機(jī)械臂自主學(xué)習(xí)和空間姿態(tài)捕獲的能力，讓它像長了“大腦和眼睛”一樣，具備了動(dòng)態(tài)測量、實(shí)時(shí)跟蹤的本事，可以確保在雨、雪、霧等復(fù)雜天氣環(huán)境中準(zhǔn)確獲取目標(biāo)位置。

這是一只“溫柔”的機(jī)械臂。由于加泄連接器與火箭上的加注閥門都采用金屬材質(zhì)，稍許的磕碰就會(huì)產(chǎn)生劃痕或金屬碎屑，從而影響管路的氣密性，因此在對接過程中要保證動(dòng)作足夠“輕柔”，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對接。805所設(shè)計(jì)師綜合運(yùn)用6個(gè)自由度柔性連接的方式和基于導(dǎo)向容差結(jié)構(gòu)的機(jī)械被動(dòng)柔順方式，做到如試驗(yàn)隊(duì)員現(xiàn)場操作一般，實(shí)時(shí)調(diào)整用力方向，讓連接器溫柔又精準(zhǔn)地與箭上閥門對接。

這是一只“會(huì)輕功”的機(jī)械臂。在推進(jìn)劑加注的過程中，隨著推進(jìn)劑加注量的增加，火箭會(huì)出現(xiàn)箭體下沉的現(xiàn)象，而機(jī)械臂的氣動(dòng)平衡技術(shù)，會(huì)使得連接器和加注管路始終處于懸浮狀態(tài)，像是被一個(gè)會(huì)輕功的高人托舉一般，“他強(qiáng)任他強(qiáng)，清風(fēng)拂山崗。”無論火箭在風(fēng)載作用與加注下沉?xí)r發(fā)生怎樣的晃動(dòng)，加泄連接器都能做到如影隨行，避免加泄連接器對箭上接口產(chǎn)生牽制力，造成泄漏現(xiàn)象。

這是一只穿著特殊“保溫服”的機(jī)械臂。一級液氧加注后，連接器內(nèi)殘存的液氧溫度為零下183℃，在常規(guī)情況下連接器脫落后對接面會(huì)產(chǎn)生結(jié)霜、結(jié)冰的現(xiàn)象。但如果需要再次對接加注，該怎么辦?為了確保實(shí)現(xiàn)多次可靠對接，設(shè)計(jì)師利用真空絕熱的原理，給連接器定制了一件“保溫服”，同時(shí)采用氮?dú)獯党Ｗo(hù)技術(shù)，降低環(huán)境中的水分含量，從而有效保證了低溫環(huán)境下加泄連接器再次對接時(shí)的可靠性。

連得穩(wěn) 分得開 回收快

零秒脫落安全可靠

長六改運(yùn)載火箭的二級加泄連接器、衛(wèi)星整流罩空調(diào)送風(fēng)連接器均采用零秒脫落技術(shù)，也就是在火箭起飛的瞬間連接器完成迅速脫落。這意味著高可靠的脫落分離對連接器來說至關(guān)重要，如果分離不成功或分離時(shí)產(chǎn)生的力過大，可能對箭體結(jié)構(gòu)以及火箭的起飛姿態(tài)等造成嚴(yán)重影響。

為了使加泄連接器在加注過程中、在火箭點(diǎn)火至起飛前惡劣的振動(dòng)環(huán)境下保持與箭體接口可靠連接，同時(shí)又保證在火箭起飛后與箭體接口的可靠分離，設(shè)計(jì)師們在進(jìn)行二級加泄連接器設(shè)計(jì)時(shí)采用騎搭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡單、對接容易、可靠性高，能夠讓加泄連接器緊緊地抓住火箭;而在分離環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)，則采用主動(dòng)脫落、被動(dòng)脫落等四重冗余脫落方案，即便在脫落機(jī)構(gòu)卡死、脫落供氣失效等極端情況下，二級加泄連接器依然能夠?qū)崿F(xiàn)安全可靠脫落。

脫落成功后，二級加泄連接器還有一個(gè)重要步驟，那就是快速將連接器迅速收回至塔架，避免因箭體起飛漂移或燃?xì)鈿饬饔绊?，造成連接器與箭體發(fā)生碰撞。為此，長六改火箭設(shè)計(jì)了一套強(qiáng)制收回與捕獲系統(tǒng)，可以有效控制連接器脫落后的活動(dòng)范圍。據(jù)設(shè)計(jì)師介紹，該系統(tǒng)具有力氣大、接觸柔的特點(diǎn)。“力氣大”可以保證連接器脫落后將其快速收回至塔架，防止隨“風(fēng)”飄動(dòng)對火箭起飛造成影響;接觸柔，相當(dāng)于給連接器配備了“緩沖防護(hù)墊”，減小回收的沖擊力，避免撞壞產(chǎn)品本身。

中國航天科技集團(tuán)有限公司八院長六改副總設(shè)計(jì)師張亮介紹，“零秒脫落技術(shù)的創(chuàng)新為我們型號的流程優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)，也是我們深化型號科研生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型的一項(xiàng)重要舉措。”“結(jié)構(gòu)簡單、高可靠性的連接技術(shù)+多重冗余保障的分離方案+強(qiáng)制收回與捕獲系統(tǒng)”配合，確保了零秒脫落的萬無一失，為實(shí)現(xiàn)火箭射前4小時(shí)全體工作人員從發(fā)射塔架撤離提供了保障，為新一代火箭邁向智能化發(fā)展提供了技術(shù)驗(yàn)證、奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（記者 牛偉坤）