2025年4月1日12時,在酒泉衛星發射中心,長征二號丁運載火箭順利升空,成功將一顆衛星互聯網技術試驗衛星送入預定軌道,發射任務圓滿完成。這是長征二號丁火箭的第97次發射,也是長征系列火箭的第567次發射。
執行本次任務的長征二號丁運載火箭由中國航天科技集團第八研究院研制,采用常溫液體二級設計。此次任務成功應用了直徑3.8米的復合材料衛星整流罩,較同尺寸金屬整流罩在三個方面取得了突破:
- 顯著拓展了衛星載荷包絡空間,提升了任務的適應性;
- 提升了電磁波透波性能,保障了無線通信鏈路可靠性;
- 內表面光滑易于清潔,滿足高潔凈度的航天環境要求。
自2016年起,我國新一代運載火箭已進行了多次成功發射,將天和核心艙、天舟飛船、天問一號等載荷成功送入太空,為我國空間站建設等重大任務提供了有力支持。2020年以來,隨著新一代運載火箭技術逐漸成熟,運載火箭發射頻率也進入了高密度時期。以直徑3.35米的新一代運載火箭為例,2020年之前的四年內僅完成4次發射,而在2021年和2022年分別完成了4次,2023年完成了5次,2024年計劃實施5次發射。隨著發射場保障能力和制造能力的提升,發射頻率不斷加密。
隨著高密度發射需求的增大,發射支持系統的任務周期也面臨更高的壓力。火箭測試和發射(以下簡稱測發)周期從火箭海運到港后卸船、箭體恢復、垂直組裝、系統測試到最終發射,通常需要35至38天。加上節假日、臺風等因素,實際周期常常延長至42天左右。以此計算,若每年執行4次發射任務,測發周期將占全年總天數的46%;若執行5次任務,則占57.5%,從而導致設備恢復的時間越來越緊張。要想保障高密度任務的順利進行,必須解決設備恢復周期過長的問題。
發射平臺作為重要的發射支持裝備,每次發射后需進行不同層次的檢修。按照國家規定,執行一次發射后需要進行小修,執行五次任務后進行中修,十次任務后進行大修。根據現行的發射密度統計,發射平臺的檢修周期大約每年會發生一次,且中修和大修通常需要6到12個月。這一過程會嚴重影響高密度發射計劃的實施。
以發射平臺的中修為例,檢修內容包括機械、液壓、電控、空調等9個專業領域,涉及50余項工作。中修和大修通常包含技術改造和優化設計,因此這些檢修過程既技術要求高,又周期長,且各系統間相互制約,增加了整體檢修的復雜性。
隨著發射任務密度持續提升,如何縮短設備檢修周期,保障各項任務高效推進,已成為火箭發射支持系統面臨的核心挑戰。而航天發射本身是一項高風險、高成本的復雜工程,任何細小誤差都可能引發嚴重后果,進一步加劇了對高可靠性與快速響應能力的需求。
雖然通過大量地面試驗可以在一定程度上提高系統的可靠性和成熟度,但受限于運載火箭測試數據的稀缺、同型火箭試驗次數有限,以及故障樣本不足,當前控制系統的故障診斷仍難以實現高效、精準。這一問題已成為制約高密度發射能力提升的重要瓶頸。
在這種背景下,數字樣機技術在火箭研制和測試階段發揮了至關重要的作用。數字樣機是當前被廣泛認可的一種在信息世界刻畫物理世界、仿真物理世界、優化物理世界、可視化物理世界的重要技術。通過虛實交互反饋、數據融合分析、決策迭代優化等手段,數字樣機技術為物理實體增加或擴展新的能力,已在設計、生產、測試、故障檢測等多個環節得到應用,也涌現出了一批國產自主可控的數字樣機仿真工具。
在數字樣機技術應用方面,天目全數字實時仿真軟件 SkyEye 提供了有力支撐。該軟件由迪捷軟件自主研發,是一款基于可視化建模的硬件行為級仿真平臺,支持用戶通過拖拽的方式快速搭建虛擬硬件平臺,可通過多領域分布式協同仿真平臺DigiThread與多種不同仿真工具進行協同仿真,構建火箭仿真驗證數字樣機。基于SkyEye構建的數字樣機可實現控制系統的全流程高精度仿真,覆蓋飛行全程各類極端工況,提前發現潛在問題并優化方案,確保火箭和衛星的各系統在真實環境下能夠穩定運行,有效輔助方案優化與風險規避。
參考文獻
[1]李順,馬連敏.新一代運載火箭發射支持系統高密度任務保障流程優化研究[J].軍民兩用技術與產品,2024,(07):27-32.DOI:10.19385/j.cnki.1009-8119.2024.07.002.