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“一箭多星”发射,关键不在卫星数量

时间:2020-02-25 11:10:48 来源:科技日报

  近日,我国在西昌卫星发射中心用长征二号丁运载火箭,成功将4颗新技术试验卫星送入预定轨道。

  这次“一箭四星”发射,再次引起部分小伙伴对一箭多星发射技术的好奇:是不是一次发射的卫星越多越厉害?

  一箭多星发射技术很难,目前世界上只有美国、俄罗斯、中国、印度、日本、欧洲航天局等掌握。不过卫星数量多,并不代表技术含量一定高。

  数量不是问题,发射方式更体现技术含量

  一箭多星,是指一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入轨道的技术。与传统的单星发射相比,其能更充分地利用火箭运载能力,提高发射效率,降低发射成本。

  1960年,美国首次用一枚火箭发射了2颗卫星,一年后实现一箭三星。随后,苏联、欧洲航天局也掌握了这种发射技术。我国于1981年用风暴一号运载火箭将3颗实践二号卫星送入轨道,成为第四个独立掌握一箭多星发射技术的国家。

  随着火箭运载能力以及发射、星箭分离等技术的发展,“一箭”发射卫星的数量屡创新高。

  2015年,我国长征六号运载火箭在首飞任务中,将20颗卫星送入太空,创造了当时的亚洲一箭多星纪录。

  2017年,印度完成一箭104星发射,打破俄罗斯在2014年创造的一箭37星的世界纪录,并将这项世界纪录保持至今。

  2018年,美国SpaceX公司用猎鹰九号火箭发射了64颗星链卫星,此后数次发射部署星座。就在几天前,该公司又成功发射了第五批60颗星链卫星。

  不过在航天专家眼中,发射卫星的数字从技术角度来说并非关键,发射方式更体现技术含量。

  将多卫星送入同一轨道,分配器是关键

  全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者介绍,一箭多星发射常用两种方式,一是把卫星送入相同或相近的轨道,二是多次分批将卫星送到不同轨道。前者的技术含量较后者要低。

  以印度用PSLV-C37运载火箭成功实现一箭104星发射为例,庞之浩介绍说,这104颗卫星均被送往相同轨道。其中以重730公斤的印度“制图-2D”为主星,带着2颗19公斤重的微卫星,以及101颗不到10公斤重的纳卫星。载荷数量虽多,质量却不大。任务所用火箭的太阳同步轨道运载能力仅1.5吨,在运载能力上并未取得突破。

  同时,此次任务采用直接发射、逐次释放方式,适用于对轨道高度、相位的精确性要求不是很高的任务。俄罗斯曾在2013年和2014年,用第聂伯火箭分别发射32颗和37颗卫星,采用的也是这种方式。

  不过一次发射这么多卫星,也有一定技术难度。因为要在很短的时间间隔内,把卫星以一定角度推出去,保证其不会相互碰撞。庞之浩说,尤其是101颗纳卫星的释放过程不到10分钟,对火箭点火时序的控制、分配器的设计有很高要求。

  他介绍说,分配器有多种形式,如果发射类型相似的卫星,可采用中心承力筒式分配器或盘式分配器。我国则采用过锥型分配器,便于卫星向外释放。例如2015年长征六号一箭20星发射时,就是用锥型分配器分批释放。庞之浩表示,从卫星释放方式上判断,印度使用的分配器可能与我国类似。

  将卫星送入不同轨道,上面级技术是“必修”

  如果要将多颗卫星送入不同轨道,则需要借助另一种飞行器——上面级。上面级是在火箭上增加的一级独立飞行器。被火箭运送到一定轨道后,它能自主飞行多次点火启动,将一个或多个航天器送入不同轨道空间。

  2018年12月29日,长征二号丁运载火箭将远征三号上面级送入太空。此后约4小时内,远征三号经过4次精确变轨,把7颗卫星分别送入高度相差数百公里的预定轨道。此次任务中,远征三号按照计划完成21次点火,创下国内上面级在轨点火次数纪录,同时也在国内首次实现将两组卫星部署到不同轨道。

  如今,上面级技术已成为各航天大国的“必修课”,目前世界各国研发的上面级达数十种。我国从上世纪80年代末开始,先后研制出多型固体推进剂上面级,实施的多次飞行全部取得成功。近年来,我国又成功研发出具有多种任务适应性的“远征”系列上面级。2015年3月,我国远征一号上面级成功首飞;同年7月,远征一号上面级再次升空,精准地将两颗新一代北斗卫星送入预定轨道。2016年11月,我国针对新一代大推力运载火箭研制的远征二号上面级,跟随长征五号运载火箭发射成功。

  记者了解到,“远征”系列上面级具备20次以上自主快速轨道机动及部署能力,工作时间可达数天,目前已在多种航天发射任务中大显身手。

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编辑: 刘坤媛
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