一箭多星 卫星上天也“拼车”

日前,长征八号遥二运载火箭带着22颗卫星在文昌航天发射场成功“上天”,创下我国一箭多星任务最高纪录,开启了我国新的“共享火箭拼车”模式。一箭多星是指一艘火箭发射时搭载多颗卫星(载荷)并将其送入轨道。这种运送卫星的方式被称为“拼车”,能同时运送多颗卫星上天的火箭,则被称为“共享火箭”。

什么是一箭多星

担任本次“共享火箭”的长征八号遥二运载火箭,是我国新一代主力中型运载火箭。虽然从外观上看,长征八号遥二运载火箭少了两个助推器,但它的实际运载能力达到3吨级。而本次飞行搭载的海南一号01和02星、大运号(星时代-17)卫星、文昌一号01和02星、泰景三号01星等22颗商业卫星合计不到2吨,完全能满足“拼车”的载荷要求。

不过,为了保护卫星及其他有效载荷,防止卫星受气动力、气动加热及声振等有害因素的影响,运载火箭均装有整流罩。足足22颗卫星,是如何被塞进小小的整流罩里的呢?

为确保多星发射安全、精准,航天科技集团相关设计团队研制了“三层式多星分配器”,将传统的“大单间”调整为“小三居”。同时,由于每颗卫星形状各异,且有多个卫星尺寸较大,相关团队在设计时还为这些特殊的“乘客”准备了三层“座位”,并安排了舒适的“座椅”,完美地将22颗卫星装进整流罩中。

卫星的“拼车”姿势

相对于“上车”(荷载)技术来说,火箭与卫星分离时的“下车”技术难度更大。卫星到天上后要离开箭体,在这个过程中,需要考虑卫星不同的解锁方式和分离能源所带来的运动偏差。有时这些偏差会使卫星与卫星之间距离缩小,威胁到箭体的安全。也就是说,不仅要让卫星装进整流罩顺利“上车”,还要能够保证卫星朝不同方向分离时安全“下车”。

一箭多星的“下车”技术分为两大类:一类是将所有卫星发射到同一条轨道;另一类是分别将不同的卫星发射到各自的轨道。前者只需要设计好释放的速度与时间,将所承载的载荷依次释放出来即可。而后者除了要求运载火箭进入初始轨道,还要求具备变轨的能力,因此在发射前要进行大量静力学和动力学的分析。

本次发射前,科研人员就对所有箭体和卫星偏差进行了多轮仿真计算,设计了12次分离动作,确保了22颗卫星安心“下车”。当星、箭分离时,火箭如同跳了一支“太空芭蕾”,22颗卫星如“天女散花”般释放。

“拼车”上天省成本

随着电子元器件和卫星有效载荷技术的快速发展,卫星的功能越来越强大,重量却更轻了。过去只有大卫星才能完成的任务,现在重量只有几公斤到几十公斤的小卫星也能完成。一般来说,这类小卫星对轨道的类型不是很“挑剔”,对入轨精度的要求也不高。如果单颗发射,发射成本就比较昂贵了。

和一艘火箭只运送一颗卫星上天相比,一艘火箭运送多颗卫星的“拼车”方式分摊下来的成本显然要更低,所以卫星“拼车”的行为在航天大国中较为常见。全球首个掌握一箭多星技术的美国,1960年就成功发射了一箭2星,2021年发射了一箭143星。俄罗斯在2014年实现了一箭37星。2017年,印度声称实现了一箭104星,但由于大多是极小的纳米卫星,被航天界戏称为“撒土豆”。

本次一箭22星的发射创造了我国“一箭多星”的纪录,有了这一成功经验,长征八号遥二运载火箭未来有望实现7天一次,一年50次的常态化共享发射。

(来源:重庆科技报)

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[责任编辑: 何小敏]