探究运载火箭快速测试发射的关键技术

探究运载火箭快速测试发射的关键技术

马文宇 武宏伟

首都航天机械有限公司

摘要：发射的运载火箭一般由航空母舰运载升空，导弹采用方式，与地面运载火箭相比，具有“机动性、灵活性、效率、廉价”的技术特点。为了充分赋予运载火箭的这些技术特性，有必要设计其试射设备、发射工艺、测试发射和控制设备，以及测试、火控信息设备，以满足航天发射的具体需求，实现小型卫星等货物的快速、移动、低成本的航天发射。基于此，本文的研究具有一定的研究价值。

关键词：运载火箭；快速测试发射；发射方式

引言

火箭和舰载机从停机坪到发射的组装操作过程必须经历从相对较高的地面温度到较低的空气温度的广泛温度范围。在飞行阶段，还需要承受振动冲击等操作环境，而这些点火方式造成的环境条件变化也对试射提出了具体要求，因此有必要对机载运载火箭的试射技术进行研究。

1空射运载火箭的测试发射模式

1.1飞马座空射运载火箭测试发射模式

目前，美国轨道科学公司的飞马座是世界上唯一投入商业运营的空射型运载火箭，该火箭属于吊挂式发射模式示。其载机为公司基于洛克希德公司一架L-1011型运输机改进而来，专门用作该火箭的发射载机。 

整个火箭挂机飞行过程中，机载发射支持设备有操作面板，由飞机上的专人操作，用于监测关键参数，接收和执行地面发射指挥的指令。飞机和地面通过语音和数据通信链路进行连接。机载空调设备用于保持载荷的环境温度。另外，在载机外部安装了两部摄像装置，用于监控火箭状态。

1.2平流层空射火箭系统测试发射模式

美国平流层发射系统公司建造了世界上最大的空射运载火箭系统，采用吊挂式空中发射方式，发射系统将采用双机身载机，携带火箭至9km高空实施发射。根据官方数据，该发射系统的载机可在两个机身之间的“中心翼”部分搭载227 t的空射运载火箭，相当于该飞机能够同时承重3发长征十一号运载火箭。     

为了提升发射的灵活性，降低对通信和地面设施的依赖，载机上设置了一套独立的移动发射场卫星通信系统，用于发射过程与地面任务控制中心通信。地面任务控制中心位于加利福利亚的莫哈韦航天航空港内，通过移动发射场卫星通信系统，不管在世界任何地方执行发射任务，载机的飞行操作和火箭的状态都可以远程监测和控制。

1.3飞行号火箭测试发射模式

与上述不同的是，俄罗斯飞行号采用内装式测试发射模式，使用AN-124-100型鲁斯兰飞机作为载机，火箭内置在飞机货仓内部。发射时，载机将在10-11km的高度上以约700 km/h的速度飞行，并完成急跃升机动，将运载火箭从运输发射容器中投出。投放后的火箭使用稳定装置(降落伞)进行数秒的自由下落，然后起动第1级发动机。火箭进行调整后，飞向预定轨道。   

鲁斯兰飞机载有小型运载火箭和发射支持设备，能从任何跑道长于3000 m并具有必要设施的机场起飞。飞机载着加注燃料后的运载火箭，飞往4000 km距离内的发射区，进行发射。

2测试发射的关键技术

2.1一体化测试技术

一体化测试技术包括测试对象的一体化、测试通路的一体化以及测试程序的一体化设计等多方面，以解决空射运载火箭对测试设备规模、测试时间的问题。   

针对空射运载火箭测试发射过程，一体化测试首先要解决箭上/机上/地面测试的一体化、测试通路的一体化等问题，要打通三者之间的测试信息交互通路。火箭挂机过程中，需要对火箭进行挂机飞行过程的测试，此时的测试信息主要依靠遥测通道进行，因此，为了更好地利用地测和遥测通道，实现测试信息的覆盖最大化，需要对地测和遥测通路进行一体化设计。   

其次，要实现箭上/机上/地面一体化测试，首先需要对箭上自测试(Built-In Test BIT)功能进行优化设计，其次要对冗余功能测试进行优化设计，再者要强化机上测试设备的测试覆盖性以及地面测试设备对测试信息的自动判读和综合分析能力。

2.2箭机地一体故障诊断与辅助决策技术

箭机地一体化故障诊断与辅助决策技术主要解决对火箭的故障诊断、机上操作人员的辅助决策、地面测发人员的辅助决策等问题。火箭在挂机条件下，涉及到火箭健康状态、载机的健康状态以及地面系统的健康状态，如何有效整合，实现一体化健康管理，是保障发射过程安全可靠的关键技术之一。   

在上述过程中，涉及到的箭一机一地一体化健康管理技术包括箭一机在地面测试维修阶段的全生命周期健康管理技术、飞行阶段的箭一机一地协同故障诊断技术、飞行阶段的箭一机一地协同故障处理技术等。

2.3低成本、高适应性测试平台设计技术

未来空射运载火箭很可能面临一种载机对应多型火箭的状况，这就要求测发控设备，尤其是机载测发控设备的设计兼具低成本和高适应性的测试平台，包括对测试对象的适应以及对使用环境的适应等，主要包括:

a)针对测试设备设计中普遍存在的通用性差、品种繁多、利用率低、维护保障困难等共性问题，采用基于通用测试接口适配技术、自动测试标记语言技术等关键技术，实现一套通用化测试平台完成多种不同测试对象的测试。   

b)平台采用标准化、模块化、开放性的体系结构，采用标准化的商用测试模块，系统测试功能可根据被测对象的不同需求进行扩充、裁减及互换，是一个能够适应多种设备共性需求的通用化测试诊断系统平台，可完成系统级和分系统级的功能验证和故障定位，实现了用一套测试系统满足多种测试与诊断的需求。   

2.4无人测试发射技术

随着无人机逐步向大型化和智能化发展，未来空射火箭很可能从有人空射转向无人空射，而空中发射走向无人空射，理论上是要将空中射前测试和发射过程“无人化”。   

无人空射火箭需重点加强机上测发控设备的智能化水平，强化地面的数据综合和综合控制能力。机上解除所有因人而产生的制约，从而充分发挥无人化带来的复用性、智能化、一体化等先进特性，进一步提升空射系统的快速响应特性和任务适应性，无人空射的发展也将推动新一代天地运输系统研制与换代，实现高效、高可靠与低成本地进入空间。

3结语

空调运载火箭的技术优势越来越受到世界各国的重视，特别是在商业空域的激励下，取得了重大的技术进步，开发了多类产品，部分产品已经投入使用或即将投入使用。本文除了介绍运载火箭测试发射的技术特点外，还对国内外运载火箭的试验和发射方法进行了初步分析，并梳理了其中的主要技术和发展思路，具有一定的借鉴意义。

参考文献

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