運載火箭在整個(gè)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(mèng)倫智能火箭創(chuàng )新實(shí)驗室（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“實(shí)驗室”），正是這方面的探索者和實(shí)踐者。這支團隊深耕前沿技術(shù)，努力把火箭智能化發(fā)展和可重復使用能力的基礎性技術(shù)做細、做精、做強。
唯有依靠科技創(chuàng )新，才能確保萬(wàn)無(wú)一失
如果用一句話(huà)概括，實(shí)驗室的工作就是在研制智能火箭的科學(xué)探索中，努力實(shí)現“從0到1再到N”的創(chuàng )新突破。“從0到1”，代表著(zhù)智能火箭關(guān)鍵核心技術(shù)實(shí)現密集突破；“從1到N”，意味著(zhù)讓科技創(chuàng )新為運載火箭賦能新力量，誕生無(wú)限可能。
近年來(lái)，我國航天事業(yè)取得載人航天、探月探火、衛星導航等多項具有里程碑意義的重大成就。
接下來(lái)，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(gè)問(wèn)題。
結合國際趨勢和國內需求，2021年，一院總體設計部正式成立實(shí)驗室，確立了智能飛行、重復使用這兩大研究領(lǐng)域，明確六類(lèi)重點(diǎn)方向，實(shí)施智能火箭工程，為航天強國建設注入新動(dòng)力。
在最近一次載人航天任務(wù)中，長(cháng)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(diǎn)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(lái)越大。唯有依靠科技創(chuàng )新，才能實(shí)現可靠性的提升。”實(shí)驗室副主任馬英表示。
馬英介紹，根據國外一些經(jīng)驗，火箭在發(fā)射過(guò)程中盡管遭遇故障，卻仍然可以通過(guò)自主關(guān)閉故障發(fā)動(dòng)機、調整任務(wù)剖面等措施，保障后續任務(wù)的完成。參數正常，任務(wù)會(huì )成功；參數出現正常波動(dòng)和偏差，也不會(huì )有太大問(wèn)題。但如果出現一些意外和重大干擾，參數偏差過(guò)大，就可能導致火箭發(fā)射任務(wù)失敗。
實(shí)驗室通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，幫助火箭具備故障診斷與主動(dòng)處置能力。一旦火箭在飛行過(guò)程中出現不可控的故障，就能夠立刻自動(dòng)辨別出來(lái)，并根據辨識的結果主動(dòng)更改策略，依據實(shí)際情況自身重新進(jìn)行任務(wù)規劃和系統重構，保證任務(wù)成功。
徐喆垚是一院總體設計部的一名設計師，長(cháng)期參與研制各類(lèi)重點(diǎn)型號火箭。去年他加入了實(shí)驗室，投入到讓火箭更智能這件事上。他總是“泡”在實(shí)驗室里，守著(zhù)心愛(ài)的火箭“大玩具”。
“團隊研制的這套火箭智能系統叫‘扁鵲’，表達了我們對火箭能夠自主診斷故障并修復的美好寄托。”徐喆垚說(shuō)，扁鵲系統已經(jīng)完成了全部調試，正在進(jìn)行地面試驗，將擇機在后續發(fā)射任務(wù)中實(shí)現搭載應用。
重復使用是智能火箭的另一熱門(mén)技術(shù)。在馬英看來(lái)，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(shí)驗室成立當年的6月3日，在長(cháng)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控制飛行搭載驗證。助推器與芯級分離后，實(shí)現了高動(dòng)態(tài)下的衛星導航連續定位，在預定高度執行了各項關(guān)鍵動(dòng)作，最終在翼傘的作用下，按預定的歸航策略向目標機動(dòng)點(diǎn)飛行，試驗獲得圓滿(mǎn)成功。這為未來(lái)實(shí)現子級可控回收、垂直返回等新技術(shù)奠定了重要的技術(shù)基礎。
基于在飛行動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域深厚的專(zhuān)業(yè)積累，實(shí)驗室自主研制了“天際”軟件系統。這套智慧火箭總體設計與仿真工具體系已推廣應用到所有運載火箭型號研制中，初步實(shí)現了火箭飛行任務(wù)設計與仿真的標準化、數字化、智能化，極大提升了型號研制效率。
實(shí)驗室的每個(gè)成員都“肩挑兩頭”，既是實(shí)驗室的一分子，同時(shí)也繼續承擔原崗位的型號研制工作。這是因為，和其他科研部門(mén)不同，實(shí)驗室的定位就是服務(wù)航天工程、解決實(shí)際問(wèn)題。用實(shí)驗室成員的話(huà)來(lái)說(shuō)：“從來(lái)沒(méi)感覺(jué)在實(shí)驗室干的是和原崗位不相干的事情。”無(wú)論是智能飛行還是重復使用，實(shí)驗室的前沿研究成果很多可以直接應用于型號任務(wù)；反過(guò)來(lái)，在研火箭技術(shù)也為實(shí)驗室的創(chuàng )新探索提供充足“養料”，兩者相輔相成、互相促進(jìn)。
內部跨越專(zhuān)業(yè)界限，發(fā)揮多學(xué)科交叉的創(chuàng )新優(yōu)勢
實(shí)驗室的創(chuàng )新為何又快又好？“這主要得益于實(shí)驗室多學(xué)科交叉的創(chuàng )新優(yōu)勢。”受訪(fǎng)科研人員不約而同地告訴記者。
原先研制運載火箭的過(guò)程中，如果某專(zhuān)業(yè)遇到了研究瓶頸，需要另外一個(gè)專(zhuān)業(yè)輔助，一般需要部門(mén)層面幫助協(xié)調。一來(lái)一往，無(wú)疑增加了溝通成本。但如果單純以課題組的形式推進(jìn)研發(fā)，往往難以持續深入攻關(guān)。
既能打破專(zhuān)業(yè)界限，又能以長(cháng)期的模式固定下來(lái)，實(shí)驗室的長(cháng)處由此凸顯。
“我們將原本屬于不同領(lǐng)域的人才聚集起來(lái)，為了一個(gè)科學(xué)目標共同努力。”馬英說(shuō)，很多青年設計師反映，他們對智能火箭的前沿發(fā)展方向很感興趣，但苦于沒(méi)有合適的平臺和機會(huì )。因此，實(shí)驗室剛一成立，就得到眾多科研人員的積極響應。
經(jīng)過(guò)優(yōu)中選優(yōu)，實(shí)驗室集合了來(lái)自不同科室（班組）的總體設計彈道、制導、姿態(tài)控制、電氣、飛行性能仿真等多個(gè)專(zhuān)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(shí)驗室的一名彈道設計師，張志國表示，運載火箭的研制工作艱深復雜，涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，不可能靠一個(gè)人做出來(lái)。
“日常工作中，我經(jīng)常遇到科研難題，怎么也想不出來(lái)，但通過(guò)和實(shí)驗室其他專(zhuān)業(yè)背景的成員討論，三言?xún)烧Z(yǔ)都可能讓我得到啟發(fā)。”張志國深有感觸。
內部跨越專(zhuān)業(yè)界限，實(shí)驗室還與外部科研單位積極合作。
專(zhuān)家表示，航天技術(shù)攻堅克難，既要發(fā)揮“國家隊”的傳統優(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(guò)前期深入調研，馬英坦陳，他們發(fā)現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(shí)驗室很多項目都可以將這些技術(shù)吸納進(jìn)來(lái)。”通過(guò)發(fā)布研究課題、設立創(chuàng )新基金等多種多樣的開(kāi)放形式，實(shí)驗室與國內眾多高校和科研院所的優(yōu)秀科研團隊開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)。扁鵲系統研制過(guò)程中的很多精密算法，就是實(shí)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(shí)驗室人員活力
一個(gè)人做“兩份工”，既要保證完成原崗位的任務(wù)，也要投入實(shí)驗室的項目研發(fā)，大家愿意嗎？
答案是肯定的。實(shí)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(dòng)性。
“我們的考核激勵制度，輕數量重質(zhì)量。”馬英介紹，實(shí)驗室每個(gè)月都要例行考核，但考核重點(diǎn)看兩個(gè)方面：一是所做研究是否提升了專(zhuān)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問(wèn)題。
馬英說(shuō)，在實(shí)驗室里，一個(gè)人研究報告寫(xiě)得再多也沒(méi)有用，數量絕不是關(guān)鍵。“如果這個(gè)月沒(méi)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(shí)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(gè)人所得越多。”
值得一提的是，實(shí)驗室和原部門(mén)制度充分打通，一個(gè)人的研究成果倘若足夠優(yōu)秀，就能“兩頭開(kāi)花”，在所在工程組給予常規獎勵的基礎上，實(shí)驗室依然會(huì )進(jìn)一步給予考核激勵。
科學(xué)的獎勵制度，讓實(shí)驗室的成員們干勁十足，許多人主動(dòng)作為。據實(shí)驗室有關(guān)負責人回憶，好幾次會(huì )議，他剛把計劃要做的事情說(shuō)出來(lái)，就有實(shí)驗室成員表示：“早做出來(lái)了，要不要去看一下？”
大家之所以“甩開(kāi)膀子干”，還緣于實(shí)驗室寬松的創(chuàng )新氛圍。張志國說(shuō)，在實(shí)驗室里做科研，大家并不怕出錯。發(fā)現一條路行不通，本身也是一種成功——這已經(jīng)成為實(shí)驗室的共識。當科研人員的心理負擔沒(méi)這么重的時(shí)候，就敢于打開(kāi)思路，讓創(chuàng )造力和想象力自由發(fā)揮。
截至目前，實(shí)驗室共有20多人。馬英表示，實(shí)驗室不是封閉的，會(huì )根據每階段研究重點(diǎn)的不同，吸納更加匹配的專(zhuān)業(yè)人才加入。接下來(lái)，實(shí)驗室將繼續提升在役和新研運載火箭的故障適應能力，圍繞更多智能火箭前沿技術(shù)持續攻關(guān)，讓運載火箭飛得更遠更穩更準。（本報記者 劉詩(shī)瑤）