科技日报记者 付毅飞
在2月11日中科院颁布的年度系列奖项中，力箭一号运载火箭研制团队作为近5年内完成重大成果的研究集体，获得2022年“中国科学院年度团队”称号。
力箭一号运载火箭于2022年7月27日成功首飞。这型由中科院力学所抓总、中科宇航公司参与研制的四级固体运载火箭，是我国当前运载能力最强的固体运载火箭，在运载能力、入轨精度、性价比等方面迈入世界先进行列。
(资料图片仅供参考)
记者从中科宇航公司了解到，该火箭的研制突破了大吨位固体运载器总体优化设计与试验技术等多项重大关键技术，其中13项为国内首次使用。这背后，是一支年轻的研制团队，他们在一次次挑战、一次次追求极致的过程中不断成长，最终交出这份完美答卷。
力箭一号运载火箭发射。
首次搭建总体协同设计平台
力箭一号总师助理史晓宁参与了火箭的全部研制工作，为其倾注了全部的情感和心血。他的主要工作是解决各部分之间相容性的问题，让各个系统、设备、软件等都可以匹配、协同。在力箭一号的研制过程中，既要做到考虑全局，也要做到具体问题具体分析，这并不是一件容易的事情。
作为国内最大固体火箭，力箭一号的总体和单机产品都面临较多的技术攻关工作，很多单机在研制初期出现不满足总体指标要求的情况。为了保证火箭飞行可靠性，同时不降低运载系数等核心指标，针对新研发的核心单机产品，史晓宁要求总体设计团队和外协单位集智攻关、协同工作，改变了传统的产品技术质量把控模式，通过参数联合设计、试验工况优化设置、强制检验点把控、联合开展质量问题归零等多项措施，提高了研制效率，在确保产品质量的同时，实现了大量技术创新。
由此，力箭一号将传统的“总体—分系统—单机”研制流程，优化为总体面向单机的快速迭代研制模式，实现从各系统单专业“局部优化”到总体方案“全局优化”的转变。在火箭的研制过程中，通过搭建总体协同设计平台，淡化和虚化分系统的概念，面向单机开展多专业协同设计，为专业融合发展和新技术采用创造了条件。最终，火箭运载系数实现1.12%，与国际先进水平比肩。
从立项、方案、设计、试验到发射，史晓宁全程参与。技术上的事，大大小小，他全装在心里。在攻坚克难的日子里，很多个节假日，他都是在办公室和试验现场度过的。史晓宁说：“我就是憋着一股劲，要把这件事干成。”发射圆满成功，这是个具有里程碑意义的成就，标志着中国固体运载火箭技术向前迈出了重要的一步。
攻克国内首个固液融合结构设计难关
力箭一号的研制，实现了国内首个固液融合低成本结构设计，这是该火箭所采用的最关键、最具创新性的技术之一。
为此，力箭一号副总师张延瑞带领团队克服了极大挑战。
力箭一号的直径规模介于传统固体火箭和液体火箭之间，结构形式的选取直接影响火箭的运载系数与承载能力。传统固体火箭结构部段一般为整体成型网格加筋结构形式，其优点是整体刚度较好，但缺点是结构效率较低，成本偏高。液体火箭使用的蒙皮桁条结构形式承载效率较高，但蒙皮厚度较薄，在飞行环境下会产生较大力学环境效应，对电气设备工作产生不利影响。固液融合结构，是在仅涉及承载功能的部段中使用蒙皮桁条结构，在涉及承载和分离功能的部段中使用整体成型结构，充分发挥两种结构各自的优势，在确保分离可靠性的同时减轻结构重量、降低生产制造成本。一方面通过优化传力路径提高了结构部段承载可靠性，另一方面通过结构拓扑优化、提升结构部段局部和整体刚度，大大改善了设备安装处的力学环境，并成功通过地面和飞行试验考核。
为保证设计方案正确性和制造工艺性，需要开展大量仿真分析和试验验证工作。结构系统研制团队以严慎细实的态度、敬畏科学的精神，不断迭代改进，攻克了结构设计、仿真分析、加工制造和试验验证中的重要关键技术，为固体火箭结构系统的创新发展提供了新的思路。
国内首个合二为一的航电系统
对于力箭一号的航电系统，副总师朱永泉充满骄傲。
传统运载火箭航电系统包括控制系统和测量系统，两个系统独立研制，会带来箭上设备数量多、接口复杂等问题。
力箭一号拥有国内首个将测量和控制合二为一的航电系统：将测量核心计算机集成在综合电子设备里，实现测量数据的传输和采集。这种合二为一的优化整合，减少了箭上单机产品、释放了载荷、降低了系统复杂性，为单机功能化、模块化和软件定义硬件提供了技术基础。
研制初期，朱永泉带领团队对综合电子技术开展了深入调研，决定采用符合VPX标准的单机架构，随后研制了CPU模块、电源模块、配电模块、时序输出模块、数据综合模块等8种通用板卡。结合系统需求将8种板卡进行组合，就能形成飞行控制组合、智能测控组合、二级一体化组合、数据采编组合等系列化综合电子产品。
航电系统研制过程中需要开展大量综合试验。研制团队花费10个月时间，开展一系列试验工作。
朱永泉把全部的精力都用在解决问题的措施上，为了赶进度他亲自“督战”，把可能给火箭发射带来隐患的问题逐一解决。从初步分析到反复验证，这样的数据分析工作不仅枯燥，而且复杂，因为没有周末、没有节假日。“啃了多少硬骨头，我都不记得了。尽管困难重重，但是团队不会在困难面前却步。”团队也经受住了磨炼，为了“万无一失”的誓言，最终充分验证了系统设计的正确性、功能性和稳定性。
未来只用两台计算机就能完成发射任务
力箭一号副总师廉洁说：“相信在不远的将来，我们能够实现只用两台台式计算机就完成火箭的发射任务，形成批量、快速的发射响应。”
在力箭一号上，搭载了廉洁和研发团队在国内首创的分层构架飞行控制软件和以数据为驱动的测发控软件。这套软件系统采用全新构架、全新思路，通过优化和精确分析计算时间和同步时间，兼顾了火箭飞行高精度和高可靠性。同时，将大数据和互联网技术思维引入其中，实现箭上和地面设备数量大幅减少，软件定义火箭初具雏形。
研发过程中，研发团队将收集到的海量火箭飞行数据进行分类整理，对关键信息进行整合和提炼，设计出一整套经过大数据训练和仿真形成的自动化火箭飞行控制决策模型。
“目前软件系统还处在为工程师提供数据来进行判读的阶段。”廉洁说，“未来，我们会进一步优化软件系统算法，让它更加智能化、自动化，通过智能算法来完成数据处理的闭环，最终实现无人值守的发射全程自动化。”
工作之余，廉洁爱读历史，王阳明、曾国藩都是他很崇拜的历史人物。“以史为鉴、以史为镜”是他在忙碌工作中的一种休息方式，更是提升能力的一种手段。从国内外经典火箭的设计方案，到航天发射的典型质量案例，再到历史试验数据的比较分析，都是廉洁平时拓展研制思路的好方法，青出于蓝而胜于蓝，创新理念和管理思想帮助他在研制工作中崭露头角，快速成长。
力箭一号研制团队。
攻克135吨多油缸起竖技术
力箭一号发射场具备发射区全箭环境保障及发射设备长期存放环境保障功能，能大幅节约地面保障设备经费。从设计之初，副总师胡小伟就立下了军令状，要在茫茫戈壁干出一番惊天动地的事业。
“胡小伟，你是一名航天老兵，压力再大，你也必须扛起来。”在酒泉大漠深处，多少个深夜，这是他的内心独白。
在他的领导下，小组成员不到两年的时间就攻克了多油缸起竖载荷同步和工艺实现难题，通过了135吨火箭起竖试验的验证。关键技术的攻关和突破，降低了固体运载火箭的发射保障条件，提升了其响应速度，为我国的固体运载火箭技术达到世界最强水平提供了重要支撑。责任大、压力大，必须全力以赴、全神贯注、认真再认真，在研制过程中，涉及质量问题，他坚持原则绝不含糊。无论是顶着烈日、冒着严寒，还是在试验过程中出现技术问题的反复，他都没有怨言、毫不气馁、全力以赴。一支队伍能否打硬仗、打胜仗，严格的纪律很重要，胡小伟对年轻人的要求总是很严格，对自己更严格。
“是同事支持了我，是组织培养了我，是事业激励了我，全力以赴就是为了对得起自己的追求，对得起祖国对我的教育和培养。”面对组织的表彰和同志们的赞扬，他总会这样说。
与力箭一号火箭研制同期进行的，是中科宇航专有发射工位的建设。时间紧、任务重，发射工位的选址、技术方案制定、工程设计、设备研制建设等方面都需要全局统筹。中科宇航副总裁诸方舟表示，建成后的专有发射工位将是一个安全可靠、经济实用、智能智慧的现代化发射工位，同时也是我国第一个商业发射工位，今后将承担起我国更多发射任务，对我国商业航天产业发展具有重要意义。
在力箭一号首飞圆满成功的背后，是青年团队每个人“筑梦航天，强国有我”的信念，他们立志要把中华民族探索太空之梦延伸得更远。
（中科宇航供图）