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航天科技八院控制所运载火箭控制系统冗余改进工作侧记
 
[来源: 中国航天人才网 | 作者: 原创 【  
 

日前,长四丙火箭在太原卫星发射中心点火升空,以全新的控制系统冗余改进状态成功开启长征四号系列运载火箭新征程。

去年长征四号系列运载火箭共执行14次发射任务,实现国内运载火箭单一型号年度最高发射纪录。在最近的100次发射中,长四系列火箭发射26次,占据极高比例。面对新一代运载火箭的崛起,是保留固有的成熟稳步向前,还是直面高密度发射的新挑战自我变革?航天科技集团八院控制所科研人员给出了答案。

一张蓝图绘出新气象

“运载火箭是一个庞大的系统工程,特别是控制系统,可谓牵一发而动全身,哪怕只是一个单机微小的改变也会牵扯到很多方面的适应性更改,而型号任务脚步又不能停下,升级换代与型号研制双线作战,确实是很大的挑战。”该所运载领域主管所领导道出了变革的不易。

2017年年初,在不到3个月的时间里,该所为控制系统绘制了一张不断改进的蓝图,并明确了“两步走”推进目标,在确保高密度发射期间任务可靠性和实现最优控制系统状态间找到了平衡点。

“冗余改进有两个关键点:一是消除单点,提升控制系统可靠性,也就是在现有基础上‘缝缝补补’,消除影响成败的单点失效环节;二是全面技术革新,推进控制系统核心算法统型和单机的产品化进程,为老型号注入新的生命力。”该所控制系统副主任设计师马晓峰介绍。

2019年和2020年,长征四号火箭和长征二号火箭先后完成第一步改进工作并顺利通过飞行试验考核,两个型号消除单点数量各200余个。

进入冗余改进路线图第二阶段,系统架构和单机状态都进行了更新换代的改变。针对新型十表光纤惯组构型,控制系统多轮迭代,技术团队制定适应多型火箭飞行环境的全新故障诊断与重构策略。“在惯组配置由两套简化为一套的前提下,仍能保证飞行可靠。”该所导航专业组负责人王鹏说。

为更好消除二三级伺服通路单点,团队新研了国内结构最小的三冗余统型伺服阀,对油源系统及结构布局进行了大量调整,以适应箭上有限的安装空间。

在产品化进程方面,控制系统逐步实现了十表光纤惯组的故障诊断和全自主对准算法的型号通用,同步牵引了光纤速率陀螺、三冗余伺服机构、三冗余功放及电池等通用产品和箭载计算机核心运算平台以及信息交付方式各型号通用。

该所产品负责人李铭介绍,以伺服功放类产品为例,从统型前的10余种型号归并为现在的5种,产品通用化率达90%以上,极大提高了组件的通用化、互换性。

1%的提升也需百分百的努力

“新状态开启新征程,要以首飞标准严格要求,确保成功!”型号总师的话掷地有声。

新研核心单机的可靠性评估能否满足指标?箭载计算机采用了CCGA封装国产芯片,如何确保“中国芯”焊接可靠,稳定工作?飞行软件是否满足了系统需求,如何确认?围绕以上识别出的关键风险点,技术团队针对控制系统开展了一系列细致工作,确保成功。

该所运载部研究室充分发挥组织保成功作用,开展了型号间复查比对,确保十表光纤惯组故障诊断策略和自主对准算法稳妥可靠,同时也推动了全自主对准技术及十表惯组在各型号中的应用。

为确保箭机CCGA国产芯片焊接可靠性,该所箭机产保团队组织开展了5轮焊接工艺鉴定工作,最终通过了权威检测,让“自主可控”安全落地。

除此之外,技术团队还开展了新研单机产品综合环境应力下可靠性增长试验,评估单机可靠性,并开展了院级独立评估,对收集的150条意见逐一进行了追踪并闭环落实。此外,还对飞行软件开展了代码独立走查,确保软件验收测试覆盖性以及飞行软件正确性。

长四丙火箭的腾飞,标志着控制所“一张蓝图,两条路线”目标的全面达成。控制系统单机产品数量减少了近10%并实现全冗余,单点数量下降了近85%,可靠性设计指标由0.98提升至0.99。“1个百分点的提升,也需要百分百的努力。下一个100发,‘老将’依然在路上,继续创造新的辉煌!”这是该所控制系统技术团队全体成员的心声。(陈葆娟 张卓政)


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