不少对航空航天感兴趣的读者，在收看火箭发射直播时，多半都会注意到这样一种现象：点火起飞后的火箭，以垂直的状态起飞升空，不会发生倾斜。这到底是什么原因？南京航空航天大学航天学院闻新教授带领着学院的科普教学辅助研发团队，历经了两年多的时间开发了一系列火箭稳定控制的实验演示的辅教装置，用通俗易懂的方式回答了这一问题。
火箭稳定控制实验演示装置
记者注意到，这是一个模拟发射架，发射架可以通过演示火箭升空的“慢动作”，结合火箭稳定控制原理来解释，人工智能理论研发的火箭稳定控制装置在火箭升空中起到的作用。南航研究生王俊鸿告诉记者，通过这套辅教装置的解读，火箭在升空时为啥不倒，轻轻一“碰”就能知道。“不倒”的“核心机关”就在于它的发动机和陀螺仪，这两个装置由计算机（姿态控制器）来协同工作，保持火箭垂直飞行。“注意一下火箭的发动机，上面有很多的喷口，这些正是调节火箭升空角度的关键。”王俊鸿介绍，火箭发动机为火箭的升空提供推进力。火箭升空后，遇到任何水平方向的气流和阻力时，都会产生极其微小的倾角，在高速推进过程中会产生角速度，此时火箭会倒向一边。
长征五号火箭发动机喷口
“这个状态大家其实在生活中见过，拿一个吹足气的气球，猛的一松手，气球在空间里‘乱窜’的状态，就和火箭此时的状态有些类似。”科研人员为了调整这一问题，给火箭设计了多个发动机喷口，它们可以向不同的方位旋转，几个喷口可以在不同位置上产生不同的推进力，使得推力的方向竖直地锁定在火箭的质心上，当火箭发生倾斜时，姿态控制器就会不断调整发动机的喷口，让火箭保持垂直发射。
童年时玩过陀螺
那么，接下来又会产生一个疑惑的问题，姿态控制器怎么知道火箭在垂直飞行过程中出现了微小的倾斜趋势呢？南航闻新教授补充道，这里秘密就在于它的陀螺仪。大家小时候都玩过陀螺，陀螺可以在高速旋转的情况下与水平的地面保持垂直，并且流畅运动。航天工程师利用陀螺这种对称物体自旋稳定的特性，解决了火箭升空时姿态控制的难题。在火箭控制舱内安装一个电动陀螺仪，当火箭倾倒时陀螺仪自转轴的方向始终保持不变，而陀螺仪底部的基座则会产生一定的转角，通过传感器将这个变化的转角转变成大小不同的电势差，从而通过计算机控制发动机来保持火箭的稳定飞行。
闻新告诉记者，虽然现在国内外的航空航天技术已经非常先进了，但由于火箭姿态稳定控制系统的复杂性，依然让科研人员处在不断的攻坚克难的状态中。火箭在飞行时，有时还是需要人工干预火箭的飞行姿态。有时，为了提高精度，火箭姿态控制系统中还安装了北斗导航仪、星敏感器和加速度计，以此来修正和锁定火箭飞行轨迹。
来源：扬子晚报网