近年來，我國運載火箭高密度發(fā)射已呈常態(tài)化，屢屢成功，但飛行故障甚至飛行失利也偶有發(fā)生。對這些案例進行分析后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，如果箭上能夠具備故障診斷和自主飛行的能力，也就是讓火箭有智慧、更聰明，在故障發(fā)生時，自主進行稍許調(diào)整，飛行結(jié)果便能大幅改善，飛行任務(wù)將更加可靠。如何實現(xiàn)從傳統(tǒng)的按照飛行程序自動飛行，到自主化飛行的跨越，完成火箭技術(shù)的更新?lián)Q代，是當前運載火箭發(fā)展中的迫切需求，也就是火箭院正在致力研究的智慧火箭技術(shù)。

　　2018年底，火箭院發(fā)布《人工智能發(fā)展規(guī)劃》，以此為牽引，首次明確提出了“智慧火箭”的概念。從2018年至2020年，一批具有初步智能化飛行特征的技術(shù)取得了實質(zhì)性進展，其中有兩方面的技術(shù)取得了重要成果。

成果一：射前-12小時無人值守

　　這項技術(shù)我們之前詳細介紹過，近期又有了新的進展?；鸺?5所副主任設(shè)計師張振華介紹，大口徑低溫密封技術(shù)作為無人值守關(guān)鍵技術(shù)之一，其密封性能影響著加注安全，也為總體無人值守方案的順利實施奠定基礎(chǔ)。此項技術(shù)已于2020年7月完成了系列驗證試驗，并完成了液氮溫區(qū)的密封性能試驗，近期將開展液氫溫區(qū)的性能試驗。液氫比液氮沸點更低，密封難度更大，對產(chǎn)品要求更高。

▲液氮溫區(qū)密封試驗現(xiàn)場

成果二：火箭自主性故障診斷和軌跡重規(guī)劃

　　這是智慧火箭領(lǐng)域的一次重大突破?；鸺嚎傮w設(shè)計部和12所分別進行了相關(guān)技術(shù)的攻關(guān)研究?？傮w設(shè)計部智慧火箭項目總體設(shè)計人員程興介紹：現(xiàn)在的火箭都是按照設(shè)計好的預(yù)定策略和軌道飛行，一旦飛行過程中出現(xiàn)故障將有可能導(dǎo)致任務(wù)失敗。而智慧火箭是有智商的，在出現(xiàn)故障時能夠自動辨識出來，并且根據(jù)辨識的結(jié)果主動更改策略，依據(jù)實際情況自身進行重新規(guī)劃，可以說，火箭變得更聰明了。

　　對于這個問題，總體設(shè)計部開展了飛行過程中的全箭故障診斷和在線軌跡規(guī)劃技術(shù)研究。在運載火箭飛行過程中，監(jiān)測飛行動力學(xué)參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)主發(fā)動機出現(xiàn)推力下降或消失等故障，則根據(jù)當時的飛行速度和位置以及剩余燃料，對飛行能力進行評估，并在線完成飛行軌跡重新規(guī)劃。此時，火箭將不再按預(yù)定程序飛行，而是初步具備了自主飛行的能力。目前該技術(shù)已完成地面數(shù)學(xué)和半實物仿真試驗，將于近期搭載長征二號丙火箭進行飛行試驗。

▲研究人員進行設(shè)備安裝調(diào)試，準備半實物仿真試驗

　　火箭院12所主要在火箭的控制系統(tǒng)智能化技術(shù)方面進行了攻關(guān)。攻關(guān)團隊負責人張惠平介紹，團隊針對發(fā)動機推力下降和姿控噴管常開/常閉/極性接反等故障，開展了“典型動力故障辨識與制導(dǎo)控制重構(gòu)技術(shù)”攻關(guān)，即在動力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，讓控制系統(tǒng)提供幫助，使火箭實現(xiàn)自救。比如：當末修發(fā)動機和姿控噴管發(fā)生故障時，火箭通過自動故障診斷、評估與重構(gòu)，依然能保持姿態(tài)，穩(wěn)定地高精度入軌。這項技術(shù)在2020年7月9日搭載長征三號乙Y64運載火箭，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，圓滿完成了搭載試驗驗證，并將在后續(xù)飛行中繼續(xù)進行飛行驗證。

▲火箭末速修正飛行過程模擬圖

　　而當主發(fā)動機推力發(fā)生故障時，也可以利用控制系統(tǒng)信息，在線辨識出是哪臺發(fā)動機發(fā)生了故障以及推力的下降程度，并在線規(guī)劃出新的飛行軌跡，通過制導(dǎo)姿控重構(gòu)，使火箭進入安全軌道或降級軌道。這項技術(shù)已完成半實物仿真試驗，并通過12所自研的可重復(fù)使用飛行器完成了飛行驗證。

▲主發(fā)動機發(fā)生故障后，在線規(guī)劃新的停泊軌道與降級軌道，挽救火箭任務(wù)

　　程興介紹，以美國為代表的航天大國在20世紀中期已經(jīng)開始了智慧火箭相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究，在設(shè)計之初就充分考慮了各系統(tǒng)可能發(fā)生的故障，并采取了一定的自主飛行備份措施。2012年Falon9火箭發(fā)射，之后的德爾塔4火箭發(fā)射，都出現(xiàn)了飛行中發(fā)動機推力下降的故障，由于均采用了不同程度的箭上故障診斷和軌跡重規(guī)劃技術(shù)，最終沒有影響主要任務(wù)，成功將載荷送入軌道。

　　借鑒了航天大國在智慧火箭領(lǐng)域先進的設(shè)計理念和成功案例，經(jīng)過兩年的刻苦攻關(guān)，火箭院的智慧火箭項目取得了階段性成果。智能化飛行技術(shù)支撐了火箭技術(shù)的進步，未來的火箭將逐步過渡到自主、智能化飛行，是智能設(shè)計、智能生產(chǎn)、智能測發(fā)、智能飛行、智能管理（過程控制）相結(jié)合的有機整體，是傳統(tǒng)火箭與新一代信息產(chǎn)業(yè)之間發(fā)生的劇烈的“化學(xué)反應(yīng)”。相比傳統(tǒng)火箭，智慧火箭成本更低、參研人員更少、效率更高，可進一步實現(xiàn)我國運載火箭可靠性的跨越式提升。