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“一箭多星”發(fā)射,關(guān)鍵不在衛(wèi)星數(shù)量

        【每日科技網(wǎng)】
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  我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用捷龍一號(hào)運(yùn)載火箭,以“一箭三星”方式成功將“千乘一號(hào)01星”“星時(shí)代-5”衛(wèi)星和“天啟二號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射升空,衛(wèi)星均進(jìn)入預(yù)定軌道。 新華社發(fā)(汪江波攝)

  本報(bào)記者 付毅飛

  近日,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭,成功將4顆新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。

  這次“一箭四星”發(fā)射,再次引起部分小伙伴對(duì)一箭多星發(fā)射技術(shù)的好奇:是不是一次發(fā)射的衛(wèi)星越多越厲害?

  一箭多星發(fā)射技術(shù)很難,目前世界上只有美國、俄羅斯、中國、印度、日本、歐洲航天局等掌握。不過衛(wèi)星數(shù)量多,并不代表技術(shù)含量一定高。

  數(shù)量不是問題,發(fā)射方式更體現(xiàn)技術(shù)含量

  一箭多星,是指一枚運(yùn)載火箭同時(shí)或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入軌道的技術(shù)。與傳統(tǒng)的單星發(fā)射相比,其能更充分地利用火箭運(yùn)載能力,提高發(fā)射效率,降低發(fā)射成本。

  1960年,美國用一枚火箭發(fā)射了2顆衛(wèi)星,一年后實(shí)現(xiàn)一箭三星。隨后,蘇聯(lián)、歐洲航天局也掌握了這種發(fā)射技術(shù)。我國于1981年用風(fēng)暴一號(hào)運(yùn)載火箭將3顆實(shí)踐二號(hào)衛(wèi)星送入軌道,成為第四個(gè)獨(dú)立掌握一箭多星發(fā)射技術(shù)的國家。

  隨著火箭運(yùn)載能力以及發(fā)射、星箭分離等技術(shù)的發(fā)展,“一箭”發(fā)射衛(wèi)星的數(shù)量屢創(chuàng)新高。

  2015年,我國長(zhǎng)征六號(hào)運(yùn)載火箭在首飛任務(wù)中,將20顆衛(wèi)星送入太空,創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的亞洲一箭多星紀(jì)錄。

  2017年,印度完成一箭104星發(fā)射,打破俄羅斯在2014年創(chuàng)造的一箭37星的世界紀(jì)錄,并將這項(xiàng)世界紀(jì)錄保持至今。

  2018年,美國SpaceX公司用獵鷹九號(hào)火箭發(fā)射了64顆星鏈衛(wèi)星,此后數(shù)次發(fā)射部署星座。就在幾天前,該公司又成功發(fā)射了第五批60顆星鏈衛(wèi)星。

  不過在航天專家眼中,發(fā)射衛(wèi)星的數(shù)字從技術(shù)角度來說并非關(guān)鍵,發(fā)射方式更體現(xiàn)技術(shù)含量。

  將多衛(wèi)星送入同一軌道,分配器是關(guān)鍵

  全國空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩向科技日?qǐng)?bào)記者介紹,一箭多星發(fā)射常用兩種方式,一是把衛(wèi)星送入相同或相近的軌道,二是多次分批將衛(wèi)星送到不同軌道。前者的技術(shù)含量較后者要低。

  以印度用PSLV-C37運(yùn)載火箭成功實(shí)現(xiàn)一箭104星發(fā)射為例,龐之浩介紹說,這104顆衛(wèi)星均被送往相同軌道。其中以重730公斤的印度“制圖-2D”為主星,帶著2顆19公斤重的微衛(wèi)星,以及101顆不到10公斤重的納衛(wèi)星。載荷數(shù)量雖多,質(zhì)量卻不大。任務(wù)所用火箭的太陽同步軌道運(yùn)載能力僅1.5噸,在運(yùn)載能力上并未取得突破。

  同時(shí),此次任務(wù)采用直接發(fā)射、逐次釋放方式,適用于對(duì)軌道高度、相位的性要求不是很高的任務(wù)。俄羅斯曾在2013年和2014年,用第聶伯火箭分別發(fā)射32顆和37顆衛(wèi)星,采用的也是這種方式。

  不過一次發(fā)射這么多衛(wèi)星,也有一定技術(shù)難度。因?yàn)橐诤芏痰臅r(shí)間間隔內(nèi),把衛(wèi)星以一定角度推出去,保證其不會(huì)相互碰撞。龐之浩說,尤其是101顆納衛(wèi)星的釋放過程不到10分鐘,對(duì)火箭點(diǎn)火時(shí)序的控制、分配器的設(shè)計(jì)有很高要求。

  他介紹說,分配器有多種形式,如果發(fā)射類型相似的衛(wèi)星,可采用中心承力筒式分配器或盤式分配器。我國則采用過錐型分配器,便于衛(wèi)星向外釋放。例如2015年長(zhǎng)征六號(hào)一箭20星發(fā)射時(shí),就是用錐型分配器分批釋放。龐之浩表示,從衛(wèi)星釋放方式上判斷,印度使用的分配器可能與我國類似。

  將衛(wèi)星送入不同軌道,上面級(jí)技術(shù)是“必修”

  如果要將多顆衛(wèi)星送入不同軌道,則需要借助另一種飛行器——上面級(jí)。上面級(jí)是在火箭上增加的一級(jí)獨(dú)立飛行器。被火箭運(yùn)送到一定軌道后,它能自主飛行多次點(diǎn)火啟動(dòng),將一個(gè)或多個(gè)航天器送入不同軌道空間。

  2018年12月29日,長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭將遠(yuǎn)征三號(hào)上面級(jí)送入太空。此后約4小時(shí)內(nèi),遠(yuǎn)征三號(hào)經(jīng)過4次變軌,把7顆衛(wèi)星分別送入高度相差數(shù)百公里的預(yù)定軌道。此次任務(wù)中,遠(yuǎn)征三號(hào)按照計(jì)劃完成21次點(diǎn)火,創(chuàng)下國內(nèi)上面級(jí)在軌點(diǎn)火次數(shù)紀(jì)錄,同時(shí)也在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)將兩組衛(wèi)星部署到不同軌道。

  如今,上面級(jí)技術(shù)已成為各航天大國的“必修課”,目前世界各國研發(fā)的上面級(jí)達(dá)數(shù)十種。我國從上世紀(jì)80年代末開始,先后研制出多型固體推進(jìn)劑上面級(jí),實(shí)施的多次飛行全部取得成功。近年來,我國又成功研發(fā)出具有多種任務(wù)適應(yīng)性的“遠(yuǎn)征”系列上面級(jí)。2015年3月,我國遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)成功首飛;同年7月,遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)再次升空,精準(zhǔn)地將兩顆新一代北斗衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。2016年11月,我國針對(duì)新一代大推力運(yùn)載火箭研制的遠(yuǎn)征二號(hào)上面級(jí),跟隨長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射成功。

  記者了解到,“遠(yuǎn)征”系列上面級(jí)具備20次以上自主快速軌道機(jī)動(dòng)及部署能力,工作時(shí)間可達(dá)數(shù)天,目前已在多種航天發(fā)射任務(wù)中大顯身手。

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