運載火箭在整個航天技術(shù)中的地位非常重要，火箭的運載能力有多大，航天的舞臺就有多大。錨定新的中國“高度”，研制性能更安全、“頭腦”更聰明、成本更低廉的運載火箭，是航天人不懈的追求。
中國航天科技集團一院的余夢倫智能火箭創(chuàng)新實驗室（以下簡稱“實驗室”），正是這方面的探索者和實踐者。這支團隊深耕前沿技術(shù)，努力把火箭智能化發(fā)展和可重復(fù)使用能力的基礎(chǔ)性技術(shù)做細、做精、做強。
唯有依靠科技創(chuàng)新，才能確保萬無一失
如果用一句話概括，實驗室的工作就是在研制智能火箭的科學(xué)探索中，努力實現(xiàn)“從0到1再到N”的創(chuàng)新突破。“從0到1”，代表著智能火箭關(guān)鍵核心技術(shù)實現(xiàn)密集突破；“從1到N”，意味著讓科技創(chuàng)新為運載火箭賦能新力量，誕生無限可能。
近年來，我國航天事業(yè)取得載人航天、探月探火、衛(wèi)星導(dǎo)航等多項具有里程碑意義的重大成就。
接下來，運載火箭的發(fā)展方向是什么？作為運載火箭研制的“國家隊”，中國航天科技集團一院始終在思考這個問題。
結(jié)合國際趨勢和國內(nèi)需求，2021年，一院總體設(shè)計部正式成立實驗室，確立了智能飛行、重復(fù)使用這兩大研究領(lǐng)域，明確六類重點方向，實施智能火箭工程，為航天強國建設(shè)注入新動力。
在最近一次載人航天任務(wù)中，長征二號F遙十八運載火箭的可靠性評估值，已從0.9896提升至0.9903，安全性評估值達0.99996。
“為了再提升那零點零零幾的火箭可靠性，靠一般技術(shù)冗余和管理優(yōu)化手段，難度已越來越大。唯有依靠科技創(chuàng)新，才能實現(xiàn)可靠性的提升。”實驗室副主任馬英表示。
馬英介紹，根據(jù)國外一些經(jīng)驗，火箭在發(fā)射過程中盡管遭遇故障，卻仍然可以通過自主關(guān)閉故障發(fā)動機、調(diào)整任務(wù)剖面等措施，保障后續(xù)任務(wù)的完成。參數(shù)正常，任務(wù)會成功；參數(shù)出現(xiàn)正常波動和偏差，也不會有太大問題。但如果出現(xiàn)一些意外和重大干擾，參數(shù)偏差過大，就可能導(dǎo)致火箭發(fā)射任務(wù)失敗。
實驗室通過關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，幫助火箭具備故障診斷與主動處置能力。一旦火箭在飛行過程中出現(xiàn)不可控的故障，就能夠立刻自動辨別出來，并根據(jù)辨識的結(jié)果主動更改策略，依據(jù)實際情況自身重新進行任務(wù)規(guī)劃和系統(tǒng)重構(gòu)，保證任務(wù)成功。
徐喆垚是一院總體設(shè)計部的一名設(shè)計師，長期參與研制各類重點型號火箭。去年他加入了實驗室，投入到讓火箭更智能這件事上。他總是“泡”在實驗室里，守著心愛的火箭“大玩具”。
“團隊研制的這套火箭智能系統(tǒng)叫‘扁鵲’，表達了我們對火箭能夠自主診斷故障并修復(fù)的美好寄托。”徐喆垚說，扁鵲系統(tǒng)已經(jīng)完成了全部調(diào)試，正在進行地面試驗，將擇機在后續(xù)發(fā)射任務(wù)中實現(xiàn)搭載應(yīng)用。
重復(fù)使用是智能火箭的另一熱門技術(shù)。在馬英看來，運載火箭本質(zhì)上仍是把人或者物品運輸至太空的交通工具，降本增效是大勢所趨，必須及早布局、抓緊攻關(guān)。
實驗室成立當(dāng)年的6月3日，在長三乙火箭飛行任務(wù)中，首次完成了我國基于300平方米可控翼傘的助推器落區(qū)控制飛行搭載驗證。助推器與芯級分離后，實現(xiàn)了高動態(tài)下的衛(wèi)星導(dǎo)航連續(xù)定位，在預(yù)定高度執(zhí)行了各項關(guān)鍵動作，最終在翼傘的作用下，按預(yù)定的歸航策略向目標(biāo)機動點飛行，試驗獲得圓滿成功。這為未來實現(xiàn)子級可控回收、垂直返回等新技術(shù)奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
基于在飛行動力學(xué)領(lǐng)域深厚的專業(yè)積累，實驗室自主研制了“天際”軟件系統(tǒng)。這套智慧火箭總體設(shè)計與仿真工具體系已推廣應(yīng)用到所有運載火箭型號研制中，初步實現(xiàn)了火箭飛行任務(wù)設(shè)計與仿真的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、智能化，極大提升了型號研制效率。
實驗室的每個成員都“肩挑兩頭”，既是實驗室的一分子，同時也繼續(xù)承擔(dān)原崗位的型號研制工作。這是因為，和其他科研部門不同，實驗室的定位就是服務(wù)航天工程、解決實際問題。用實驗室成員的話來說：“從來沒感覺在實驗室干的是和原崗位不相干的事情。”無論是智能飛行還是重復(fù)使用，實驗室的前沿研究成果很多可以直接應(yīng)用于型號任務(wù)；反過來，在研火箭技術(shù)也為實驗室的創(chuàng)新探索提供充足“養(yǎng)料”，兩者相輔相成、互相促進。
內(nèi)部跨越專業(yè)界限，發(fā)揮多學(xué)科交叉的創(chuàng)新優(yōu)勢
實驗室的創(chuàng)新為何又快又好？“這主要得益于實驗室多學(xué)科交叉的創(chuàng)新優(yōu)勢。”受訪科研人員不約而同地告訴記者。
原先研制運載火箭的過程中，如果某專業(yè)遇到了研究瓶頸，需要另外一個專業(yè)輔助，一般需要部門層面幫助協(xié)調(diào)。一來一往，無疑增加了溝通成本。但如果單純以課題組的形式推進研發(fā)，往往難以持續(xù)深入攻關(guān)。
既能打破專業(yè)界限，又能以長期的模式固定下來，實驗室的長處由此凸顯。
“我們將原本屬于不同領(lǐng)域的人才聚集起來，為了一個科學(xué)目標(biāo)共同努力。”馬英說，很多青年設(shè)計師反映，他們對智能火箭的前沿發(fā)展方向很感興趣，但苦于沒有合適的平臺和機會。因此，實驗室剛一成立，就得到眾多科研人員的積極響應(yīng)。
經(jīng)過優(yōu)中選優(yōu)，實驗室集合了來自不同科室（班組）的總體設(shè)計彈道、制導(dǎo)、姿態(tài)控制、電氣、飛行性能仿真等多個專業(yè)的骨干力量，充分發(fā)揮多學(xué)科交叉的創(chuàng)新優(yōu)勢。
作為實驗室的一名彈道設(shè)計師，張志國表示，運載火箭的研制工作艱深復(fù)雜，涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，不可能靠一個人做出來。
“日常工作中，我經(jīng)常遇到科研難題，怎么也想不出來，但通過和實驗室其他專業(yè)背景的成員討論，三言兩語都可能讓我得到啟發(fā)。”張志國深有感觸。
內(nèi)部跨越專業(yè)界限，實驗室還與外部科研單位積極合作。
專家表示，航天技術(shù)攻堅克難，既要發(fā)揮“國家隊”的傳統(tǒng)優(yōu)勢，也要充分吸納一些高?？蒲性核踔疗髽I(yè)的研發(fā)成果。經(jīng)過前期深入調(diào)研，馬英坦陳，他們發(fā)現(xiàn)很多外部科研單位在智能技術(shù)領(lǐng)域的積累非常深厚，技術(shù)視角非常前沿。“但可能一些人并不知道這些技術(shù)能用在火箭上，我們也意識到實驗室很多項目都可以將這些技術(shù)吸納進來。”通過發(fā)布研究課題、設(shè)立創(chuàng)新基金等多種多樣的開放形式，實驗室與國內(nèi)眾多高校和科研院所的優(yōu)秀科研團隊開展聯(lián)合攻關(guān)。扁鵲系統(tǒng)研制過程中的很多精密算法，就是實驗室與外部科研單位通力合作的成果。
建立科學(xué)的考核激勵制度，釋放實驗室人員活力
一個人做“兩份工”，既要保證完成原崗位的任務(wù)，也要投入實驗室的項目研發(fā)，大家愿意嗎？
答案是肯定的。實驗室建立的考核激勵制度，充分激發(fā)科研人員的創(chuàng)新積極性和主動性。
“我們的考核激勵制度，輕數(shù)量重質(zhì)量。”馬英介紹，實驗室每個月都要例行考核，但考核重點看兩個方面：一是所做研究是否提升了專業(yè)認識，“讓大家有恍然大悟之感”；二是所做研究是否解決了通用性工具建設(shè)問題。
馬英說，在實驗室里，一個人研究報告寫得再多也沒有用，數(shù)量絕不是關(guān)鍵。“如果這個月沒有人做得好，那就不考核了。再比如，參加考核的有20余人，有時候可能只獎勵2至3人，寧缺毋濫。獎勵不是‘撒胡椒面’，‘蛋糕’就這么大，獲得獎勵的人越少，個人所得越多。”
值得一提的是，實驗室和原部門制度充分打通，一個人的研究成果倘若足夠優(yōu)秀，就能“兩頭開花”，在所在工程組給予常規(guī)獎勵的基礎(chǔ)上，實驗室依然會進一步給予考核激勵。
科學(xué)的獎勵制度，讓實驗室的成員們干勁十足，許多人主動作為。據(jù)實驗室有關(guān)負責(zé)人回憶，好幾次會議，他剛把計劃要做的事情說出來，就有實驗室成員表示：“早做出來了，要不要去看一下？”
大家之所以“甩開膀子干”，還緣于實驗室寬松的創(chuàng)新氛圍。張志國說，在實驗室里做科研，大家并不怕出錯。發(fā)現(xiàn)一條路行不通，本身也是一種成功——這已經(jīng)成為實驗室的共識。當(dāng)科研人員的心理負擔(dān)沒這么重的時候，就敢于打開思路，讓創(chuàng)造力和想象力自由發(fā)揮。
截至目前，實驗室共有20多人。馬英表示，實驗室不是封閉的，會根據(jù)每階段研究重點的不同，吸納更加匹配的專業(yè)人才加入。接下來，實驗室將繼續(xù)提升在役和新研運載火箭的故障適應(yīng)能力，圍繞更多智能火箭前沿技術(shù)持續(xù)攻關(guān)，讓運載火箭飛得更遠更穩(wěn)更準(zhǔn)。
