【创新团队】

    ◎本报记者 付毅飞

    在2月11日中国科学院颁布的年度系列奖项中，力箭一号运载火箭（以下简称力箭一号）研制团队作为近5年内完成重大成果的研究集体，获得2022年“中国科学院年度团队”称号。

    力箭一号于2022年7月27日成功首飞。这型由中国科学院力学研究所抓总、北京中科宇航技术有限公司参与研制的四级固体运载火箭，是我国当前运载能力最强的固体运载火箭，在运载能力、入轨精度、性价比等方面迈入世界先进行列。

    科技日报记者4月7日从北京中科宇航技术有限公司了解到，该火箭研制团队突破了大吨位固体运载器总体优化设计与试验技术等多项重大关键技术，其中13项技术为国内首次使用。而这支年轻的研制团队，在一次次追求极致的过程中不断成长，最终交出了完美的答卷。

    首次搭建总体协同设计平台

    力箭一号总体副总师史晓宁参与了火箭的全部研制工作。作为该火箭总体设计师，他的主要工作是解决各部分之间相容性的问题，让各个系统、设备、软件等都可以匹配、协同。

    “在力箭一号的研制过程中，既要做到考虑全局，也要做到具体问题具体分析。”史晓宁说。

    力箭一号的总体和单机产品技术攻关工作较多，很多单机产品在研制初期出现不满足总体指标要求的问题。

    为了保证火箭飞行的可靠性，同时不降低运载系数等核心指标，针对新研发的核心单机产品，史晓宁要求总体设计团队和外协单位集智攻关、协同工作，改变传统产品技术质量把控模式，通过参数联合设计、试验工况优化设置、强制检验点把控、联合开展质量问题归零等多项措施，提高了研制效率，并实现了大量的技术创新。

    史晓宁带团队成员将火箭传统的“总体—分系统—单机”研制流程，优化为总体面向单机的快速迭代研制模式，实现从各系统单专业“局部优化”到总体方案“全局优化”的转变。

    在该火箭的研制过程中，他们通过搭建总体协同设计平台，淡化和虚化分系统的概念，面向单机开展多专业协同设计，为专业融合发展和新技术应用创造了条件。最终，火箭运载系数达到1.12%，与国际先进水平比肩。

    从立项、设计、试验到发射，史晓宁全程参与。技术上的事，大大小小，他全装在心里。“我就是憋着一股劲，要把这件事干成。”他说。

    实现固液融合结构设计

    研制力箭一号期间，团队成员实现了国内首个固液融合低成本结构设计，这是该火箭应用的最关键、最具创新性的技术之一。

    为了实现这一技术创新，力箭一号结构副总师张延瑞带领团队成员克服了极大的困难。

    力箭一号的直径规模介于传统固体火箭和液体火箭之间，而结构形式的选取直接影响火箭的运载系数与承载能力。传统固体火箭结构部段一般为整体成型网格加筋结构形式，其优点是整体刚度较好，但缺点是结构效率较低、成本偏高。液体火箭使用的蒙皮桁条结构形式承载效率较高，但蒙皮厚度较薄，在飞行环境下会产生较大力学环境效应，对电气设备工作产生不利影响。

    固液融合结构，是在仅涉及承载功能的部段中使用蒙皮桁条结构，在涉及承载和分离功能的部段中使用整体成型结构，充分发挥两种结构各自的优势，在确保分离可靠性的同时减轻结构重量、降低生产制造成本。

    “固液融合结构一方面通过优化传力路径提高结构部段承载可靠性，另一方面通过结构拓扑优化、提升结构部段局部和整体刚度，大大改善了设备安装处的力学环境，并成功通过了地面和飞行试验考核。”张延瑞表示。

    为了保证固液融合结构设计方案的正确性，需要开展大量仿真分析和试验验证工作。

    “航天事业的特殊性，要求我们必须全力以赴。”张延瑞说。

    于是，他带领结构系统研制团队成员不断迭代改进方案，攻克了结构设计、仿真分析、加工制造和试验验证中的重要关键技术，为固体火箭结构系统的创新发展提供了新思路。

    研制合二为一的航电系统

    每每谈起力箭一号的航电系统，该火箭航电副总师朱永泉总是充满骄傲。

    传统运载火箭航电系统包括控制系统和测量系统，两个系统独立研制，会带来箭上设备数量多、接口复杂等问题。

    力箭一号拥有国内首个将测量和控制合二为一的航电系统：将测量核心计算机集成在综合电子设备里，实现测量数据的传输和采集。这种合二为一的优化整合，减少了箭上单机产品、释放了载荷、降低了系统复杂性，为单机功能化、模块化和软件定义硬件提供了技术基础。

    在研制初期，朱永泉带领团队成员对综合电子技术开展了深入调研，决定采用符合VPX标准的单机架构，随后研制了CPU模块、电源模块、配电模块、时序输出模块、数据综合模块等8种通用板卡。

    “结合系统需求将8种板卡进行组合，就能形成飞行控制组合、智能测控组合、二级一体化组合、数据采编组合等系列化综合电子产品。”朱永泉说。

    研制航电系统，需要开展大量综合试验。朱永泉带领团队成员历时10个月，开展了一系列试验工作。从初步分析到后期验证，他们逐一解决各项难题，最终充分验证了系统设计的正确性、功能性和稳定性。

    攻克135吨多油缸起竖技术

    力箭一号发射场具备发射区全箭环境保障及发射设备长期存放环境保障功能，能够大幅节约地面保障设备经费。

    该发射场是力箭一号发射支持副总师胡小伟和团队的设计成果。

    设计之初，胡小伟就立下了军令状，“要在茫茫戈壁滩上干出一番事业”。

    在胡小伟的带领下，该小组成员用不到两年的时间就攻克了多油缸起竖载荷同步和工艺实现难题，完成了135吨火箭起竖试验的验证工作。

    “关键技术的攻关和突破，降低了固体运载火箭的发射保障条件，提升了其响应速度，为我国的固体运载火箭技术达到世界最强水平提供了重要支撑。”北京中科宇航技术有限公司副总裁诸方舟说。

    “是同事支持了我，是组织培养了我，是事业激励了我，全力以赴就是为了对得起自己的追求，对得起祖国对我的教育和培养。”面对上级的肯定和同志们的赞扬，胡小伟总是这样说。

    未来，这支年轻的队伍将以坚定的意志、高昂的热情投入到每次火箭研制任务中，把中华民族探索太空之梦延伸得更远，为建设航天强国、科技强国、质量强国作出新的更大的贡献。