控制系统多项“国产化”技术护航长七首飞成功

图：宋征宇接受本站记者专访 （周雁 摄）

　　【中国载人航天工程网 6月26日】6月25日20时，我国新一代长征七号运载火箭在海南文昌发射场首飞成功，将载荷送入预定轨道。长征七号作为我国新一代中型运载火箭的基本型，未来不仅承担空间站运送补给物质和补加推进剂任务，还将成为中国未来航天发射任务的“主力军”。中国航天科技集团公司运载火箭技术研究院长征七号控制系统团队的负责人宋征宇在接受本站记者专访时称，长征七号火箭的首飞成功，验证了火箭控制系统多项国产化技术的成功，将带动一批我国具有自主知识产权的基础技术和产品的发展和应用。
　　国产PLC产品保障长七顺利点火升空
　　测试与发射控制系统是关系到火箭点火成败和首区安全性的关键系统。然而，就是这样至关重要的系统，仍然有一些核心的产品依靠进口。作为载人航天工程长征七号运载火箭系统副总设计师，宋征宇想的不仅是确保长征七号项目研制的成功，他思考更多的是如何能够同时推动我国自主技术的进步与应用。
　　PLC（可编程逻辑控制器）在控制领域广泛使用，在火箭测发控系统中，用于点火过程的各项指令的传达。而国内95%的PLC市场份额由德国、法国、美国、日本、瑞士等发达国家的产品占据。宋征宇称，其团队在使用这些产品中曾发现了一些问题，与国外相关企业沟通后并未得到有效回应。宋征宇认为，如果无法了解产品的技术细节，那么在点火这样非常关键的过程中继续应用国外产品将是一件非常不安全的事情。宋征宇决心带领团队寻找国产化自主可控的产品。从2003年开始，通过与多家企业、科研机构合作，充分利用SOC的研制成果，最终开发了一款国产的PLC产品。
　　宋征宇介绍，长征七号运载火箭的测发控系统就采用了这种自主知识产权的国产化、小型化、低功耗、高可靠性的PLC产品，这是国内唯一一款采用双核处理器的产品，一个处理器用来进行流程控制和通信，另一个专门处理测控指令。国外的同类产品使用"通用处理器+软件"的处理方式，为了弥补软件处理效率低的情况，对通用处理器性能的要求就更高，伴随而来的是产品体积过大、功耗大、需要通风散热，无法做到结构密封和抗震设计，不适合海南文昌发射场高盐雾的环境。而国产PLC产品体积小、整体结构防护和密封设计，能够承受盐雾、震动、潮湿、油污等恶劣环境。
　　长征七号首飞成功，有力验证了国产PLC的高可靠性能。宋征宇介绍，除了航天领域，这种产品还能够广泛地应用于电力、化工、核电站等工业控制领域，即使日常生活中的空调控制、电梯控制等民用领域也可推广。未来，这款PLC将逐步在产品化、产业化、降低成本等方面进行完善，市场应用前景很广，也将迫使国外产品降低价格和提供更好的技术服务。
　　国产嵌入式操作系统护航长七太空之旅
　　控制系统相当于人类的神经中枢，能够确保火箭按照设计的轨迹飞行，保证飞行稳定和抵抗各种干扰，并控制火箭各部分的分离。在火箭收到点火指令后，就进入实时飞行的控制阶段。在飞行控制软件的"指挥"下，火箭将逐步完成转弯、姿态稳定、发动机关机/点火、助推器分离、一二级分离、整流罩分离、有效载荷分离等动作。长征七号火箭采用的另一款国产化产品是一套嵌入式实时操作系统。
　　国产化的实时嵌入式操作系统，将支持控制系统在数字化发展趋势以及软件越来越复杂的情况下协调多任务的有序执行。然而，在长征七号火箭这样的重要任务中首次应用一款新的操作系统是否存在风险呢？对此，宋征宇认为，风险肯定会有，但通过详细的测试可以消除风险；不能因为有风险就裹足不前，如果单纯为了项目的成功而使用最保守的方案，技术将永远得不到发展。最终，控制系统飞行软件的研发团队和"核高基"操作系统的研发团队共同合作，打造出了一款满足运载火箭飞行控制需要的嵌入式实时操作系统；它的成功应用，消除了使用国产实时嵌入式操作系统的心理障碍，起到了很好的示范效应，使得飞行软件的整体水平上了一个新台阶。
　　分布式控制系统具备回收火箭的前提条件
　　此外，针对国外较热的可回收火箭技术，宋征宇透露说，长征七号火箭的控制系统，为未来火箭的可回收埋下了伏笔。长征七号火箭采用了先进的分布式控制系统方案，火箭的每个独立舱段都有一个小型的控制系统，不仅分担了原来集中式控制系统的负担，也简化了各舱段的连接，提高了抗分离故障的可靠性。在未来，如果火箭各舱段具有了合适的辅助动力系统，我们也可开展类似的验证性试验。
　　宋征宇说，火箭、飞船等飞行器的控制系统具有共通性，从共性基础技术的角度来解决火箭控制系统中的一些难题，就可以将其成果推广到其他飞行器的控制中，避免一项项孤岛式的技术攻关。例如SpaceX公司垂直回收火箭的尝试，与其说是为了实现火箭回收和重复使用，不如说是为了验证未来的自主火星着陆技术。
　　宋征宇认为，随着中国向航天强国的迈进，要愈发重视基础性理论和自主可控技术的研究，否则将后继乏力，甚至出现项目虽然成功而技术没有太大发展、人才没有充分锻炼的尴尬局面。他还指出，我们不仅要留有“设计余量”，也要考虑“技术余量”，即采用的技术应比满足当前所需更超前，这样才能支撑我国航天事业更加长远发展，也真正起到航天技术的引领作用。（张智慧 张媞媞 周雁）

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