伺服系统作为调整火箭姿态的核心部件，其可靠性与性能直接关系到火箭能否将卫星精准送入预定轨道。近日，朱雀二号遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心顺利升空，成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭。此次任务中，担当运载火箭智能化“方向盘”的，是来自中国航天科工三院33所（以下简称“33所”）研制的大功率电动推力矢量伺服系统。

超强大脑与强健身躯

“该产品今年4月份在商业航天发射中成功经受住了考验，此次，更加成熟的产品让团队上下对于此次任务充满信心。朱雀二号运载火箭是蓝箭航天空间科技股份有限公司完全自主研发、具备自主知识产权的一款双低温液氧甲烷运载火箭，其对伺服系统的低成本与高性能有着苛刻的要求。”33所伺服系统技术负责人黄建博士介绍。

33所研发团队历经5年的潜心研制，成功打造出这款“三高一强”的智能化产品。首先是高精度，也就是能够精准地执行系统给定的动作指令，目前误差仅为千分之五，达到国内领先、国际先进水平；其次是高动态，不仅要执行得准，还得足够敏捷，指令与执行在频率上分毫不差；第三是高功重比，通俗地讲就是身量虽小巧玲珑，却能够爆发出强大的能量；然后是强抗扰，面对飞行过程中产生的强大冲击和系统外的各种复杂干扰，仍然保持稳定的工作状态。

如果说“三高一强”让产品具备了强健的体魄和灵动的关节，那团队为产品赋予的智能化“属性”则让产品具备了聪慧的“大脑”。所谓智能化主要体现在自主状态监测与诊断、参数自识别与自整定、智能控制算法等方面。产品在通电的瞬时立刻能在毫秒级的时长内完成对自身状态的检测与诊断，不给瑕疵和隐患留下任何躲藏的空间。同时，产品能够根据各个组件的工况实时获取特征参数，并进行自适应控制，让产品始终工作在最佳状态。

“这些特征看似互相成就，实则‘貌合神离’，比如：小体积和大功率、高紧凑和强抗干扰。为了将这些特征全集于一体，需要克服电、磁、力、热多场耦合设计与分析等种种难题，并要在算法上极尽精妙。”黄建说。

4个月提升300%的背后

鲜为人知的是，这些成果的背后，曾一度让研发团队走到近乎“崩溃”的边缘。

记者了解到，2019年立项之初，国内主流电动伺服系统能力仅为10千瓦，而火箭需要的功率是30千瓦，实现300%的能力跃升，留给承制团队的时间仅有4个月。黄建和他的同事们清晰地记得，把产品功率定格在5至10千瓦，他们足足用了3年的时间。

商业航天是一片广阔的天地，这看似高不可攀的绝壁之上定然有不曾领略的无限风光，在伺服领域摸爬滚打多年的33所研发团队决定发起冲击。迎接他们的是一次次烧糊的电路板、冒烟的电容、频谱上无法消除的干扰信号……屡次的失败不断磨练着他们的信念和意志。“当时，在我们实验室里，‘90后’的年轻人没资格炫耀头上花白的头发，连续十天十夜的‘闭关修炼’不算夸口的资本，大家在‘绝境’中苦苦坚守，并努力用科学的精神和创新的思维蹚开前进的路。”黄建感慨地说。

团队为系统每一个部件建立了精准数学模型，运用动力学、运动学及多学科仿真平台展开详细分析，从中发现薄弱点并不断改进。渐渐地，他们摸索出了破解难题的正确道路，新的伺服构型在迭代中不断完善，团队上下也从高压的状态下释放出来，各个专业分头挺进，原本横亘在面前的难题迎刃而解。

为了真正摸清产品的工作特性，研发团队远赴大山深处开展实物试验验证，上百次试车下来，宝贵的数据为产品的持续改进提供了最可靠的依据。此后，伺服系统通过地面半实物仿真与联试、发动机性能匹配等多项试验，完成了对相关数据与参数的校准，为此次飞行奠定了坚实的基础。

“5年来，在蓝箭航天等商业航天头部企业的牵引下，大功率全电伺服取得了长足的发展，相较传统液压伺服，箭载全电伺服系统以其智能化、单机可靠性高、工作时间长、成本低、易维护等特点，越来越受到用户的关注。下一步，33所将准确把握商业航天赛道和全电技术发展规律，努力推动箭载大功率全电伺服技术和产业走上‘快车道’。”谈及在商业航天领域的成功，33所副所长张新华表示。

□本报记者 余翠平 通讯员 赵智和 唐新培