【力箭征途】系列第四期｜马玉海：丹心一片搏苍穹|力箭征途|卫星发射任务|宇宙|火箭|航天器|飞行|马玉海

作者 | Talk君

地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。人类经过了百万年的进化，又发展了数千年的文明，正是在这种探索精神的激励下，人类不断进步，勇敢地去探索美丽的宇宙。人类发射了各种各样的航天器—火箭、导弹、卫星、空间探测器、宇宙飞船、航天飞机、空间站等。

凭借各种航天器，人类开始探索浩渺的宇宙，进行各种科学研究。人类发射的探测器已经飞出了太阳系，宇航员也登上了月球，火星车在火星表面行进试图寻找生命……这些科学研究帮助人类更全面地了解了宇宙，同时也更充分地认识了地球，认识了我们人类自己。

2022年7月27日12时12分，“力箭一号”在酒泉卫星发射中心成功发射，以“一箭六星”方式将六颗卫星送入预定轨道。这是中国目前起飞规模、起飞推力和运载能力最大的一型固体火箭，其运载能力可以达太阳同步轨道1.5吨，我国快速进入空间的能力再上一个台阶，“力箭一号”的首飞成功标志着中国固体火箭运载能力达世界先进水平。

丹心一片搏苍穹

这是一刻talks讲者马玉海的分享。马玉海是力箭一号姿态控制系统的负责人，火箭在飞行过程中，容易受各种因素的干扰，从而导致姿态发生变化，这时，就需要姿态控制系统发挥作用，它的功能就是随时纠正火箭在飞行过程中姿态偏差，确保火箭在预定轨道上稳定飞行。

要火箭保持它的设计姿态，需对其施加一个力矩，通过俯仰、偏航、滚动三个通道对火箭的绕质心运动进行控制，纠正火箭飞行中俯仰、偏航、滚动的偏差。保证在各种外干扰作用下，火箭不仅不能摇摇晃晃，还要保证各项偏差数值在允许范围之内，从而保证火箭的稳定飞行。

控制，它作为一个广义的概念，实际上是广泛存在的，控制的话，就是广义上来讲它，主要是进行这个反馈，然后进行一个修正，因为我们实际的物理系统，都是有偏差的，然后从大量上来讲，物理系统的话，它是有静稳定的和静不稳定的。

静稳定的意思，就是比如说我有一个大碗，然后它是一个弧形的，我如果放一颗豆粒进去的话，它肯定会落到它的碗底，这是一个确定的，因为它的底部是一个势能比较低的一个区域，它会从高处落到低处，这是一个被动稳定的，无论我把它放在碗的任何一个中间位置，它最后都会沉到底下，然后这样的系统就是一个静稳定的系统，我不用去控制它，它也是一个，可以保持这样一个状态。

那么静不稳定举个例子就是，我们可以把一个鸡蛋立在桌子上，但是稍微有一点风吹草动，它就会翻滚起来，因为它会有一个平衡点，但是它不会自己克服这个扰动，然后火箭就是这样一个系统，它类似于我们可能小时候玩过那种游戏，就是用手扶着一根筷子往前走，然后让那个筷子不倒，当然我们手要不停的调节它，调节的其实就是一个，简单的反馈系统，我们实际上是用肉眼，观察这个筷子的顶端，是在左摇右晃，然后用手去在相反的方向上，然后始终让它保持一个，直立的状态。

那么这个最简单的系统，我们一般在理论上就叫做，倒立摆的系统，因为我们钟摆的话都是稳定的，因为它重物在下方，然后它总会在左右晃动，围绕它的中心，倒立摆就是一个反方向就是，我的重物在上方，那重力，让它是一个倾覆的这么一个感觉，那么火箭飞行的时候，当然不希望它倾覆，这样一个系统，因为它天生是静不稳定的，那我们就要有很多的设备，去保持它飞行中实时的稳定，那么这些设备其实火箭整个，如果说的宽泛一点，就是火箭上的这些元器件，包括敏感元件，控制执行机构中间的，这些线路、电源，都是为了保持稳定飞行来工作的，然后会根据控制系统的需要，然后采集它倾倒的这个角度角速度，然后会操纵执行机构相应的做出动作，然后形成一个闭环的控制回路，然后能够保持它的一个稳定的飞行。

因为这个稳定飞行，对于火箭来讲肯定是，最基本最首要的一个任务，然后只有能稳定飞行的话，它的轨迹、它的推力，才能沿着正确的方向去做工，然后才能把这个卫星，送到目标的位置。

“力箭一号”起飞重量135吨，起飞推力200吨，总长30米。作为我国当前最大的固体运载火箭，“力箭一号”在姿态控制方面自然没有过多可借鉴的样本，对马玉海来说，姿态控制方面的工作，不仅要克服更多未知的难点的，还要保证技术的创新。

其实从它的规模上来讲，可能大家不会直观感觉到它的创新，因为可能觉得这个构型可能就是一个缩比，和之前的基本的原理不会有太大变化，难的话，具体要看它的数据、它的特性，难的地方我觉得，对于姿态控制来讲，随着发动机的增大，它会带来一系列的问题，一个是制造上的、一个是使用上的。

制造上就是从整个结构，它会变得很粗大很长，然后这样的话，中间连接的这个部位，如果我们想做到一个极致的运载效率的话，也不会想让它增加得很厚重，那么这时候这个箭体的弹性，特性就比较明显，类似于我们如果一根筷子的话，我们可能用手能把它扶住，如果是一根很长的杆子，或者是像一个面条一样软的柔性的东西，那这样的话，用肉眼来反馈然后再控制，你可能是控制了底部，但是上方在摇晃，那么逐渐地就会失去稳定性，然后火箭肯定是一个极度不稳定的系统。

然后再一个从使用上来讲，因为我们这个尤其是一二级，它这个发动机变大了之后，因为发动机，固体发动机它燃烧了之后，就不能再控制它的推力何时终止，只能让它自然耗尽，那么对于一二级来讲，它在大气层内，它的这个大气层的动压，对它来讲是一个比较明显地扰动，尤其火箭大的来讲，如果我要装载更多的卫星，整流罩要大，整流罩要大的话，它相当于前面的面积大，然后就更容易在大气层内进行倾覆的趋势就很明显了，需要我进行比较强力地去修正，那么这个过程中，其实就是有一个矛盾了。

就是如果我想一级耗尽的时候，二级分离之前，那么我是尽量希望它，保持比较大的控制力的，但是这时候，如果我这时候进行分离，那么一级未耗尽的这个推力，又会追击到二级，因为二级点火也有一个过程，这就是它难的一个第一个地方，就是一级我要选到一个合适的点，既要它保证在大气层内，能够有足够的控制力，使它不轻附，第二又不会在二级点火的过程中，追击到二级，然后所以它不能太大，又不能太小，这个尺度很难很难掌握。

首飞的当天，马玉海在测控大厅负责软件实时状态的判读工作。但其实早在首飞的两周前，马玉海就已经早早的进入发射大厅开始了他的准备工作，因为“力箭一号”是一发新的火箭，工作人员需要去提前线上进行软件的开发和配置。

首飞那一天我在测控大厅，我实际上是负责这个，我姿态控制专业的，就是软件实施状态的一个判读，就是轨迹如果有偏差，我要去修正它，然后这个时间是非常短的，那我每五毫秒就要进行一次更新，那么轨迹可能是一个，偏长期的这样一个状态。

心情其实有一种不真实的感觉，我刚才说得不真实的意思，其实就是我们已经提前一两周，就已经在那个大厅里，在工作了，因为这是一发新的火箭，然后可能发射基地，并没有针对它的一个软件，也没有呈现出它数据的一个显示的一个效果，那么我们实际上，为了适配这个火箭的数据，需要去线上去调试这些曲线，显示在哪个屏幕，它的范围正常应该是多少，我标称情况下理想的情况下，应该是多少，什么样的情况算是异常，因为这个飞行过程中很快的，然后如果没有这种，计算机的辅助的话，人是很难最快的时间发现问题的，所以前期，也要进行一些软件的开发和配置。

因为我们做了太多次的试验，太多次的演练，对，所以一切就到飞行点火的那一刻，就一切变得顺其自然，它只要根据我既定的路线走下去，就肯定是没有问题的，反而比我们预想的要好很多。

2022年7月27日12时12分，由中国科学院力学研究所抓总研制的“力箭一号”运载火箭在酒泉卫星发射中心发射，采用“一箭六星”的方式，成功将六颗卫星送入预定轨道，“力箭一号”运载火箭首次飞行任务取得圆满成功。这对于参与火箭研制的科学家来说意义非凡，几乎每一个参与的科学家都有各自与众不同的经历和感悟，马玉海也不例外。

我首先是很替公司高兴，就是很庆幸，因为首先我自己没有出问题，这是最让我开心的，再一个的话就是，控制系统不出问题，实际上是一个系统的工程，才能保证的，就是我总体设计的方案没有问题，然后我各个配套的供应商，他们的设备，没有在飞行中出现问题，因为火箭这个还有一个特殊性，就是它飞行的环境很特殊，还要经历这种高频的震动，然后很剧烈的这种，大气层内的飞行。

还有就是真空的环境，都要正常地工作，其实在地面上很多试验，就是为了模拟空间的环境，但是天上的环境，包括我这一发组装了之后，它中间连接的是什么状态，其实还是有很多我们，觉得必须上天才能验证的事情，就是说也是一个感谢，就是感谢我们，整个的这个研制的体系，质量的管控，包括这个供应商，也是真心实意地做到了这个，严格的这种质量管理，在飞行中都没有出问题，那才能实现我控制系统，是一个完美的表现。

我自己反而没有特别激动的心情，因为我看很多人表示，可能头一天晚上都没有睡好是吧，我头一天晚上其实真的是，还睡得挺好的，然后都是生活都挺正常的，然后好像也没感觉自己做梦，或者是想象出一些什么事情，我都感觉，首先还是有一定的信心，我觉得对这个，有信心，因为这个不是说靠个人的努力，就能实现的一个目标，还是靠一个积累，就首先是从我们国家层面的，在航天领域的一个积累，再一个就是公司层面的，在管理模式，管理体系上的一个保证，然后我们按部就班的，都把功课都完成了的话，我觉得大概率就是成功的。

其实更多的，是人和人之间的一种协作，才能够实现的，也就是说力箭一号取得成功，不是个人的成功，不是个人的，是团队的成功、是我们站在中国航天，几十年积淀巨人的肩膀上，获得的成功。

历经三年，从最初的方案设计到最终火箭首飞成功，能够参与“力箭一号”完整的研发工作，是每一位航天科研工作者不可多得的宝贵经历。

其实我在研究这发箭之前，我其实完全不能说是经验丰富的这样一个状态，其实我是有一定的遗憾的，就是因为之前从事的是一些武器项目的研发，然后其实我并没有完整地去经历一个型号，从论证到设计，然后到把它制造出来，到把它发射首飞成功这样一个完整的过程，因为这个时间周期是很长的，可能都在五年、十年这样一个周期。

那么我毕业的加入的时候，可能中间已经进展了很长时间了，那只能是在别人的基础上，来做这个工作。

然后这发火箭，我觉得这个收获就不一样，这个参与感就感觉特别强，因为我加入公司也比较早，那个时候火箭的方案还在论证，我们都是根据自己的分析、设计，然后去给这个总体设计提意见，然后去根据控制的需求去配置设备，然后提出各种指标，然后最后整合在一起，然后相当于给了我一个这样的机会，就是从整个生命周期，参与了这个火箭的研制，这是很多科研人员非常想要的、梦寐以求的一个机会，就是从头开始，完成一个完整的闭环。

随着中国航天事业的发展，中国人探索太空的脚步迈得越来越远。“力箭一号”仅用3年时间，便实现了从研制到首飞的跨越，闯出了一条“大火箭”发展之路，为实现探索浩瀚宇宙、发展航天事业、建设航天强国的航天梦不断助力。而这背后，除了驻守航天一线的科研人员外，也少不了国家和人民的有力支撑。

其实我觉得，我们其实在这个方面，一直都有一个压力在促使我们，感觉到自己身上的责任，就是让我们认识到，我们比如说科学院的经费，包括我们研制火箭它的一些条件，其实都是我们国家的人民，然后通过他们的劳动，然后提供给我们的，包括我们自己，也是在国家的这个体系下培养出来的，其实我觉得我们反而，觉得自己目前做得还不够，没有什么值得普通人去仰望，或者是觉得高不可攀的东西。

就是每个人，甚至最普通的人，做他自己的工作，都是在为这个社会贡献力量，其实，没有说谁优于谁这样一个区分，反而是我觉得，我们能生活在这样一个环境里，然后大家团结一致才是最重要的，因为其实这个世界上聪明的人，包括优秀的科学家有很多，包括像做航天的，有时候我们看到他的论文，比如说在韩国、在新加坡、在澳大利亚，他都有很多科研人员在研究，航天的这个领域，但是他们可能水平也很高，但是没有中国这样一个土壤，他们可能就做不出像力箭一号这样的型号。

不是说他们可能在智力上或者是个人的优秀程度上不如我们，因为我们有这样的一个集体，我们才能做成领先于其他国家的事情，那么其实还有就是我们在和力箭一号相关的这个报道当中，我们听到了太多次有人来定义它，用创新来定义这发箭的研制的过程，包括我们的管理的模式等等，那么创新也是一个国家，推动一个国家进步的，一个重要的力量。

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