12月6日，由航天科技（000901）集團一院抓總研製的長徵三號乙改進五型運載火箭（簡稱長三乙改五火箭）在西昌衛星發射中心發射升空，將高分十四號衛星準確送入太陽同步軌道。這標誌著長三乙改五火箭圓滿首飛、長三甲系列火箭首次低軌發射任務獲圓滿成功，並向未來智慧火箭發展演進作出了新的探索。
發射前幾日，82歲的龍樂豪院士來到了發射場，見證長三乙改五火箭的首次飛行。 「作為奠基人、老戰士之一，看到長三乙火箭在新一代戰友的不斷努力下性能持續提升、可靠性不斷提高，我感到很欣慰，長三甲系列火箭已經為國民經濟和國防建設，以及中國航天對外交流合作作出了重大貢獻，相信它會繼續創造新的輝煌。」龍樂豪說。
全新構型：豐富火箭子構型型譜
從外形看，作為家族成員中最高的一員，此次發射的這枚長三乙火箭已逼近發射塔架頂層平臺。
長三乙火箭副總指揮孫嶽介紹，此次發射的長三乙改五火箭，按照全新構型設計研製，進一步完善了長三甲系列火箭子構型的型譜，系列火箭的能力、適應性可滿足更廣闊的發射需求。
「長三乙火箭構型的變更，基本上是以整流罩的尺寸來區分。」長三乙火箭總體副主任設計師張亦樸說，在研製過程中，團隊重新進行了總體設計，相當於新研火箭10%～20%的工作量。
長三乙火箭結構總體副主任設計師徐倩介紹，相比以往，這枚火箭的整流罩在改四構型整流罩的基礎上加長了0.9米；衛星支架高1.4米。該衛星支架使用新型接口，外擴直徑約2.3米，在長三甲系列火箭使用包帶的接口中，尺寸最大。研製團隊還為大直徑接口設計了大尺寸柔性包帶，讓衛星在設計和接口選用時更加遊刃有餘。
不僅如此，改五構型火箭整流罩還為衛星測試開了「全景天窗」。火箭研製團隊更換了整流罩雙錐段的材料，實現了整流罩雙錐段全透波，可令衛星測試工作測發範圍更廣、應用上更為靈活。
全新構型登場也為發射場工作帶來了諸多挑戰。211廠總裝事業部副主任褚曉賓告訴記者，由於火箭「長高了」，星箭整體吊裝到發射塔架後，原先的工作位置已不適合總裝人員進行操作， 「閆磊、王經東、徐鴻昊、甄海寧4名隊員站在約三層樓高的升降裝置上工作，幾乎每個動作都可能會帶來晃動。對此，他們做好充分準備，沉著應對、保持專注、高效配合，順利完成工作」。
「在這枚火箭的總裝過程中，電纜自動纏繞、艙段自動對接等更加先進的製造方法充分應用，精細化管理+操作一體化文件有效實施，推動提高了生產的效率和質量。」211廠總裝事業部工藝組組長楊傳成表示。
談及研製過程中的難點與亮點，徐倩坦言，作為成熟的高密度發射型號，一年10餘次任務已經令工作節奏十分緊張，在高強密度態勢下研製新構型，對研製人員提出了更高要求。研製團隊以較為成熟可靠的方式將新技術融合應用，不僅滿足了新構型的研製要求，還能兼顧質量與進度，成為本次任務的亮點。
據了解，長三乙改五火箭方案論證工作自2016年啟動，從方案論證到初樣、試樣研製，幾乎歷時5年。其間，長三乙火箭共實施46次發射，平均每年發射9次，此次長三乙改五火箭成功首飛也為長三乙火箭完成全年任務、 「十三五」收官畫上了圓滿句號。
向智慧火箭發展的新嘗試
「為長徵火箭向智慧火箭發展作出了新的嘗試」，這是龍樂豪對此枚長三乙改五首飛箭的評價。同時，在龍樂豪看來，控制系統的智能化是打造智慧火箭的主要途徑之一。
據了解，這枚火箭配備了全新的飛控軟體，控制系統採用全程四元數控制方案、迭代制導控制、一級橫法嚮導引控制、雙向風補償+主動減載控制技術、全方位起飛滾轉等5項技術，並結合了智慧化算法――姿控發動機在線故障辨識和控制重構，將為運載火箭飛行控制提供「打包式」解決方案。
「這一全新飛行軟體的研製歷時約兩年半，是面向多種任務研製的通用化飛行軟體，力求以一套軟體適應所有發射任務。」長三乙火箭控制系統負責人韓峰表示，此次是上述5項技術與智慧算法首次在同一型號中融合應用，全新的飛控軟體將大幅度提高長三乙火箭的任務適應性。
長三乙火箭姿態控制系統主任設計師紀剛介紹，新飛控軟體在火箭的一級加入橫法嚮導引控制，可提高助推器和芯一級落點精度控制能力， 「例如助推器在分離後有可能受到風的影響，偏離預先設計的路徑，新軟體能夠給助推器增加導引，引導其飛回落區範圍內」。
「研製中，我們在不增加控制系統硬體的情況下，充分利用慣組加表信息進行組合控制，不僅能靠地面預測獲取高空風信息進行補償，還同時使火箭具備主動減載能力，該技術可以在火箭穿越大氣層時，減少高空風對飛行的影響。」紀剛說。
此外，本枚火箭還首次應用了全方位起飛滾轉技術，可實現全方位發射。 「該技術可在單一的初始射向瞄準角度條件下，實現任意方位角的飛行控制。」韓峰說。
相較以往，在火箭實際飛行的過程中， 「智慧」能帶來哪些不同呢？
龍樂豪舉例，過去，瞄準方向是固定的，火箭向哪個方向發射，就在相應的位置建立一個瞄準間；現在，只要事先設定一個方位角，起飛以後，火箭就能夠自動滾轉到合適方向。
他還舉例，以往，研製人員會按照火箭的控制系統以及各方面性能參數等設置偏差範圍，而一旦超出範圍就無法實施控制，飛行將失利。智慧火箭能夠在天上自主判斷故障，一旦發現達不到原先設定的目標，就可以重新在線進行軌道設計，按照新的軌道路線飛行，儘管不能百分之百達到性能最優，但可以保成功，提高火箭飛行的成功率。
長三甲系列火箭首次實施低軌發射
「國家需要打什麼星，我就能送什麼星，這是我們搞火箭的人應該遵循的基本原則。」龍樂豪說。
他表示，從主要發射GTO軌道（地球同步轉移軌道）衛星，到發射MEO軌道（中圓地球軌道）衛星，再到本次用長三乙改五火箭首次發射SSO軌道（太陽同步軌道）衛星，這體現出近年來長三甲系列火箭技術進步較大、適應性很強，能夠更好地滿足國民經濟和國防建設的需要。
長三甲系列火箭首次實施低軌發射，技術狀態變化較大，這包括首次從西昌衛星發射中心向南發射、修改軌道設計方案等。為保證萬無一失完成任務，長三乙火箭團隊做足了準備。
通常而言，西昌衛星發射中心的地理位置更加適合向東、東南方向發射，若向南發射，落區可選擇的範圍
將大幅縮小，火箭要承受的高空風影響也會增強。如何確保助推器一子級、二子級分離後落在適當區域，同時在高空風影響下安全飛行？諸多約束條件給軌道設計帶來了難題。
「一方面，團隊通過軌道設計實現了對高空風的補償。」張亦樸介紹，研製團隊設計了4條軌道，發射前根據高空風實際預報情況選取不同方案。
「另一方面，團隊成員進行了大量計算和仿真，針對這4條軌道分別設置了落區方案，最終畫出範圍框，實現4條軌道的落區範圍一致、降低落區人員疏散難度，並結合相應控制技術解決落區安全問題。同時，此次順利實施低軌發射，也驗證了火箭的能力，未來可以為衛星用戶提供更豐富的選擇。」張亦樸說。（宋皓薇）
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