近年來，我國(guó)運(yùn)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(duì)這些案例進(jìn)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(shí)，自主進(jìn)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(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的按照飛行程序自動(dòng)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(dāng)前運(yùn)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(shí)質(zhì)性進(jìn)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(shí)無人值守

　　這項(xiàng)技術(shù)我們之前詳細(xì)介紹過，近期又有了新的進(jìn)展。火箭院15所副主任設(shè)計(jì)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(shí)施奠定基礎(chǔ)。此項(xiàng)技術(shù)已于2020年7月完成了系列驗(yàn)證試驗(yàn)，并完成了液氮溫區(qū)的密封性能試驗(yàn)，近期將開展液氫溫區(qū)的性能試驗(yàn)。液氫比液氮沸點(diǎn)更低，密封難度更大，對(duì)產(chǎn)品要求更高。

▲液氮溫區(qū)密封試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

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(jì)部和12所分別進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)的攻關(guān)研究。總體設(shè)計(jì)部智慧火箭項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)人員程興介紹：現(xiàn)在的火箭都是按照設(shè)計(jì)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(shí)能夠自動(dòng)辨識(shí)出來，并且根據(jù)辨識(shí)的結(jié)果主動(dòng)更改策略，依據(jù)實(shí)際情況自身進(jìn)行重新規(guī)劃，可以說，火箭變得更聰明了。

　　對(duì)于這個(gè)問題，總體設(shè)計(jì)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(yùn)載火箭飛行過程中，監(jiān)測(cè)飛行動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)主發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)推力下降或消失等故障，則根據(jù)當(dāng)時(shí)的飛行速度和位置以及剩余燃料，對(duì)飛行能力進(jìn)行評(píng)估，并在線完成飛行軌跡重新規(guī)劃。此時(shí)，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(shí)物仿真試驗(yàn)，將于近期搭載長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭進(jìn)行飛行試驗(yàn)。

▲研究人員進(jìn)行設(shè)備安裝調(diào)試，準(zhǔn)備半實(shí)物仿真試驗(yàn)

　　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(jìn)行了攻關(guān)。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張惠平介紹，團(tuán)隊(duì)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)力故障辨識(shí)與制導(dǎo)控制重構(gòu)技術(shù)”攻關(guān)，即在動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，讓控制系統(tǒng)提供幫助，使火箭實(shí)現(xiàn)自救。比如：當(dāng)末修發(fā)動(dòng)機(jī)和姿控噴管發(fā)生故障時(shí)，火箭通過自動(dòng)故障診斷、評(píng)估與重構(gòu)，依然能保持姿態(tài)，穩(wěn)定地高精度入軌。這項(xiàng)技術(shù)在2020年7月9日搭載長(zhǎng)征三號(hào)乙Y64運(yùn)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(yàn)驗(yàn)證，并將在后續(xù)飛行中繼續(xù)進(jìn)行飛行驗(yàn)證。

▲火箭末速修正飛行過程模擬圖

　　而當(dāng)主發(fā)動(dòng)機(jī)推力發(fā)生故障時(shí)，也可以利用控制系統(tǒng)信息，在線辨識(shí)出是哪臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)入安全軌道或降級(jí)軌道。這項(xiàng)技術(shù)已完成半實(shí)物仿真試驗(yàn)，并通過12所自研的可重復(fù)使用飛行器完成了飛行驗(yàn)證。

▲主發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障后，在線規(guī)劃新的停泊軌道與降級(jí)軌道，挽救火箭任務(wù)

　　程興介紹，以美國(guó)為代表的航天大國(guó)在20世紀(jì)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(jì)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(dòng)機(jī)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(guó)在智慧火箭領(lǐng)域先進(jìn)的設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jìn)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(jì)、智能生產(chǎn)、智能測(cè)發(fā)、智能飛行、智能管理（過程控制）相結(jié)合的有機(jī)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(jìn)一步實(shí)現(xiàn)我國(guó)運(yùn)載火箭可靠性的跨越式提升。