發表日期 3/5/2022, 11:45:36 PM
整理/新媒體編輯 段大衛
3月5日14時01分,由航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研製的長徵二號丙火箭在西昌衛星發射中心點火升空,成功將銀河航天02批6顆衛星和1顆暄銘星願微納衛星送入預定軌道,發射任務取得圓滿成功。
(圖片來源:北京日報客戶端,攝影/肖國軍)
就在數天前的2月27日上午,長徵八號遙二運載火箭在文昌航天發射場點火升空,成功將22顆衛星送入預定軌道,創造瞭我國一箭多星發射的新紀錄。
▲長徵八號遙二運載火箭發射現場(來源:中國網)
此次發射是長徵八號無助推器構型的首飛,也是今年我國新一代運載火箭的首次發射,共搭載瞭海南一號01星和02星、大運號衛星等22顆商業衛星,這些衛星將主要用於對地觀測、低軌物聯網通信和空間科學實驗。
我國很早開始探索“一箭多星”技術,最早的“一箭多星”發射可追溯到1981年9月20日。當天,風暴一號運載火箭發射實踐二號、實踐二號甲、實踐二號乙三顆科學實驗衛星成功。自此,我國成為世界上第四個掌握“一箭多星”技術的國傢。一箭多星發射有哪些難點?這麼多衛星如何分散入軌?多星發射有什麼優勢?一箭多星的世界紀錄是誰?
一箭多星發射有哪些難點?
目前,包括美國、俄羅斯、中國在內的各航空大國已經成熟地掌握一箭多星發射技術,但成功實現發射仍需要解決諸多難題。
重力損失是發射時麵臨的最大難點。從理論上來說,用最快的速度將運載火箭發射上天最節約能量。但是,由於地球是一個引力非常大的天體,如果火箭速度不夠快,重力將會造成巨大的能量損耗,浪費大量推進劑。
另一方麵,地球具有稠密的大氣層,如果火箭速度過快,大氣阻力也會消耗一部分能量。同時,大氣層還會對火箭産生許多乾擾。火箭發動機所采用的液體燃料在燃燒室內燃燒以及從噴管中噴齣的過程中會産生振動,再加上火箭在高速穿越大氣層的過程中也會産生振動,最終這些劇烈的振動會傳遞到載荷,也就是衛星上。
▲準備發射的長八遙二火箭。(圖片來源:中國運載火箭技術研究院)
一箭多星發射技術要求火箭頂端的適配器更大,以容納更多衛星;同時要求更輕,以節省能量,將運載能力都留給載荷,有效發揮運載火箭的效益。因此,相較於一箭一星,一箭多星帶來瞭更為復雜的振動條件,需要科研人員進行復雜、精密的數學計算,以確保安裝在運載火箭各部位的衛星都能夠承受振動。
除瞭力學難題之外,衛星在地麵研製階段還需要進行熱真空試驗等多項測試,以排除技術上所麵臨的安全風險。
衛星如何分散入軌?
衛星分離分為兩類:將衛星送入同一軌道和送入不同軌道。
▲“獵鷹-9”火箭在低地球軌道發射64顆小微衛星(圖片來源:中新網)
入軌精度與時間間隔是實現多星分離進入不同軌道的關鍵。運載火箭首先要有姿態控製能力、變軌能力。運載火箭進入到目標軌道以後,不能立即釋放載荷,而需要依次釋放,留有時間間隔。同時還要求運載火箭的末子級在到達軌道時,本身還要進行姿態調整,使得釋放某一載荷符閤其預定方嚮。
由於載荷偏多,為保證避免衛星碰撞,釋放的時間間隔相應延長,因此需要運載火箭具有一定的供電能力。目前大多數衛星使用太陽能帆闆,具有可持續的供電能力。而運載火箭通常使用蓄電池,並不能持續地提供電力。在實際操作之前,科研人員在地麵要進行詳細的數值計算與數學仿真,來模擬火箭入軌以後依次釋放載荷的過程,保證衛星釋放可靠、安全。
多星發射有哪些優勢?
航天科工二院研究員、國際宇航聯閤會空間運輸委員會副主席楊宇光錶示,一箭多星發射技術在世界範圍內已經相對成熟,包括美國、俄羅斯、中國在內的航天大國均較為成熟地掌握瞭該項技術。
目前,微小衛星産業發展迅速。對於此類衛星而言,采用單獨的小型運載火箭發射雖然較為靈活,可以快速滿足發射需求,但成本相對較高。
運載火箭自身控製係統、電源係統以及結構係統等部分占有較多重量。火箭越大,這些係統占比越低,即火箭每公斤載荷的單位成本也就越低。通常來說,使用大火箭發射,發射成本更低。
小衛星的迅速發展與大火箭較低的運載成本結閤,“拼單”發射方式就變成瞭趨勢。楊宇光認為,未來我國的運載火箭在商業上將更加成熟,除瞭技術更可靠外,良好的商業運作將進一步降低發射成本,提高我國一箭多星發射技術的競爭力。
“一箭多星”的世界紀錄是誰?
2021年1月24日,美國太空探索技術公司(SpaceX)完成"運輸者1號"發射任務。獵鷹9號火箭搭載143顆衛星進入太空,創下單次發射衛星數量的新紀錄。這刷新瞭2017年由一傢印度公司所創下的“一箭104星”紀錄。
▲“一箭143星”任務為SpaceX獵鷹九號可迴收火箭刷新裏程碑(圖片來源:新華網)
此次一箭143星的成功,意味著“火箭快遞”終成現實。目前,美國“太空技術探索”公司已經在火箭的商業運營方麵,取得瞭新的突破,該公司規定衛星的收費標準是200公斤內100美元,超齣的部分每公斤隻需5000美元。由此可見,該公司在火箭的商業運營上已經趨於成熟,在未來,若是任何個人或者公司有需要,都能將物品送上太空。
(資料綜閤自:央廣網,新華網,澎湃新聞,中國新聞網,中國運載火箭技術研究院等)
齣品:科普中央廚房
監製:北京科技報 | 北科傳媒
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