科技日報記者?付毅飛
在2月11日中國科學院頒布的年度系列獎項中，力箭一號運載火箭（以下簡稱力箭一號）研制團隊作為近5年內完成重大成果的研究集體，獲得2022年“中國科學院年度團隊”稱號。
力箭一號于2022年7月27日成功首飛。這型由中國科學院力學研究所抓總、北京中科宇航技術有限公司參與研制的四級固體運載火箭，是我國當前運載能力最強的固體運載火箭，在運載能力、入軌精度、性價比等方面邁入世界先進行列。
(資料圖)
科技日報記者4月7日從北京中科宇航技術有限公司了解到，該火箭研制團隊突破了大噸位固體運載器總體優化設計與試驗技術等多項重大關鍵技術，其中13項技術為國內首次使用。而這支年輕的研制團隊，在一次次追求極致的過程中不斷成長，最終交出了完美的答卷。
首次搭建總體協同設計平臺
力箭一號總體副總師史曉寧參與了火箭的全部研制工作。作為該火箭總體設計師，他的主要工作是解決各部分之間相容性的問題，讓各個系統、設備、軟件等都可以匹配、協同。
“在力箭一號的研制過程中，既要做到考慮全局，也要做到具體問題具體分析。”史曉寧說。
力箭一號的總體和單機產品技術攻關工作較多，很多單機產品在研制初期出現不滿足總體指標要求的問題。
為了保證火箭飛行的可靠性，同時不降低運載系數等核心指標，針對新研發的核心單機產品，史曉寧要求總體設計團隊和外協單位集智攻關、協同工作，改變傳統產品技術質量把控模式，通過參數聯合設計、試驗工況優化設置、強制檢驗點把控、聯合開展質量問題歸零等多項措施，提高了研制效率，并實現了大量的技術創新。
史曉寧帶團隊成員將火箭傳統的“總體—分系統—單機”研制流程，優化為總體面向單機的快速迭代研制模式，實現從各系統單專業“局部優化”到總體方案“全局優化”的轉變。
在該火箭的研制過程中，他們通過搭建總體協同設計平臺，淡化和虛化分系統的概念，面向單機開展多專業協同設計，為專業融合發展和新技術應用創造了條件。最終，火箭運載系數達到1.12%，與國際先進水平比肩。
從立項、設計、試驗到發射，史曉寧全程參與。技術上的事，大大小小，他全裝在心里。“我就是憋著一股勁，要把這件事干成。”他說。
實現固液融合結構設計
研制力箭一號期間，團隊成員實現了國內首個固液融合低成本結構設計，這是該火箭應用的最關鍵、最具創新性的技術之一。
為了實現這一技術創新，力箭一號結構副總師張延瑞帶領團隊成員克服了極大的困難。
力箭一號的直徑規模介于傳統固體火箭和液體火箭之間，而結構形式的選取直接影響火箭的運載系數與承載能力。傳統固體火箭結構部段一般為整體成型網格加筋結構形式，其優點是整體剛度較好，但缺點是結構效率較低、成本偏高。液體火箭使用的蒙皮桁條結構形式承載效率較高，但蒙皮厚度較薄，在飛行環境下會產生較大力學環境效應，對電氣設備工作產生不利影響。
固液融合結構，是在僅涉及承載功能的部段中使用蒙皮桁條結構，在涉及承載和分離功能的部段中使用整體成型結構，充分發揮兩種結構各自的優勢，在確保分離可靠性的同時減輕結構重量、降低生產制造成本。
“固液融合結構一方面通過優化傳力路徑提高結構部段承載可靠性，另一方面通過結構拓撲優化、提升結構部段局部和整體剛度，大大改善了設備安裝處的力學環境，并成功通過了地面和飛行試驗考核。”張延瑞表示。
為了保證固液融合結構設計方案的正確性，需要開展大量仿真分析和試驗驗證工作。
“航天事業的特殊性，要求我們必須全力以赴。”張延瑞說。
于是，他帶領結構系統研制團隊成員不斷迭代改進方案，攻克了結構設計、仿真分析、加工制造和試驗驗證中的重要關鍵技術，為固體火箭結構系統的創新發展提供了新思路。
研制合二為一的航電系統
每每談起力箭一號的航電系統，該火箭航電副總師朱永泉總是充滿驕傲。
傳統運載火箭航電系統包括控制系統和測量系統，兩個系統獨立研制，會帶來箭上設備數量多、接口復雜等問題。
力箭一號擁有國內首個將測量和控制合二為一的航電系統：將測量核心計算機集成在綜合電子設備里，實現測量數據的傳輸和采集。這種合二為一的優化整合，減少了箭上單機產品、釋放了載荷、降低了系統復雜性，為單機功能化、模塊化和軟件定義硬件提供了技術基礎。
在研制初期，朱永泉帶領團隊成員對綜合電子技術開展了深入調研，決定采用符合VPX標準的單機架構，隨后研制了CPU模塊、電源模塊、配電模塊、時序輸出模塊、數據綜合模塊等8種通用板卡。
“結合系統需求將8種板卡進行組合，就能形成飛行控制組合、智能測控組合、二級一體化組合、數據采編組合等系列化綜合電子產品。”朱永泉說。
研制航電系統，需要開展大量綜合試驗。朱永泉帶領團隊成員歷時10個月，開展了一系列試驗工作。從初步分析到后期驗證，他們逐一解決各項難題，最終充分驗證了系統設計的正確性、功能性和穩定性。
攻克135噸多油缸起豎技術
力箭一號發射場具備發射區全箭環境保障及發射設備長期存放環境保障功能，能夠大幅節約地面保障設備經費。
該發射場是力箭一號發射支持副總師胡小偉和團隊的設計成果。
設計之初，胡小偉就立下了軍令狀，“要在茫茫戈壁灘上干出一番事業”。
在胡小偉的帶領下，該小組成員用不到兩年的時間就攻克了多油缸起豎載荷同步和工藝實現難題，完成了135噸火箭起豎試驗的驗證工作。
“關鍵技術的攻關和突破，降低了固體運載火箭的發射保障條件，提升了其響應速度，為我國的固體運載火箭技術達到世界最強水平提供了重要支撐。”北京中科宇航技術有限公司副總裁諸方舟說。
“是同事支持了我，是組織培養了我，是事業激勵了我，全力以赴就是為了對得起自己的追求，對得起祖國對我的教育和培養。”面對上級的肯定和同志們的贊揚，胡小偉總是這樣說。
未來，這支年輕的隊伍將以堅定的意志、高昂的熱情投入到每次火箭研制任務中，把中華民族探索太空之夢延伸得更遠，為建設航天強國、科技強國、質量強國作出新的更大的貢獻。
