一箭22星成功发射_“长八遥二”一箭22星成功发射!这么多卫星如何“排队入轨”?

时间:2022/7/2 0:00:00

3月5日,长二丙火箭成功将7颗卫星发射升空。一箭多星发射有哪些难点?这么多卫星如何分散入轨?

整理/新媒体编辑 段大卫

3月5日14时01分,由航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制的长征二号丙火箭在西昌卫星发射中心点火升空,成功将银河航天02批6颗卫星和1颗暄铭星愿微纳卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

“长八遥二”一箭22星成功发射!这么多卫星如何“排队入轨”?

(图片来源:北京日报客户端,摄影/肖国军)

就在数天前的2月27日上午,长征八号遥二运载火箭在文昌航天发射场点火升空,成功将22颗卫星送入预定轨道,创造了我国一箭多星发射的新纪录。

“长八遥二”一箭22星成功发射!这么多卫星如何“排队入轨”?

▲长征八号遥二运载火箭发射现场(来源:中国网)

此次发射是长征八号无助推器构型的首飞,也是今年我国新一代运载火箭的首次发射,共搭载了海南一号01星和02星、大运号卫星等22颗商业卫星,这些卫星将主要用于对地观测、低轨物联网通信和空间科学实验。

我国很早开始探索“一箭多星”技术,最早的“一箭多星”发射可追溯到1981年9月20日。当天,风暴一号运载火箭发射实践二号、实践二号甲、实践二号乙三颗科学实验卫星成功。自此,我国成为世界上第四个掌握“一箭多星”技术的国家。一箭多星发射有哪些难点?这么多卫星如何分散入轨?多星发射有什么优势?一箭多星的世界纪录是谁?

一箭多星发射有哪些难点?

目前,包括美国、俄罗斯、中国在内的各航空大国已经成熟地掌握一箭多星发射技术,但成功实现发射仍需要解决诸多难题。

重力损失是发射时面临的最大难点。从理论上来说,用最快的速度将运载火箭发射上天最节约能量。但是,由于地球是一个引力非常大的天体,如果火箭速度不够快,重力将会造成巨大的能量损耗,浪费大量推进剂。

另一方面,地球具有稠密的大气层,如果火箭速度过快,大气阻力也会消耗一部分能量。同时,大气层还会对火箭产生许多干扰。火箭发动机所采用的液体燃料在燃烧室内燃烧以及从喷管中喷出的过程中会产生振动,再加上火箭在高速穿越大气层的过程中也会产生振动,最终这些剧烈的振动会传递到载荷,也就是卫星上。

“长八遥二”一箭22星成功发射!这么多卫星如何“排队入轨”?

▲准备发射的长八遥二火箭。(图片来源:中国运载火箭技术研究院)

一箭多星发射技术要求火箭顶端的适配器更大,以容纳更多卫星;同时要求更轻,以节省能量,将运载能力都留给载荷,有效发挥运载火箭的效益。因此,相较于一箭一星,一箭多星带来了更为复杂的振动条件,需要科研人员进行复杂、精密的数学计算,以确保安装在运载火箭各部位的卫星都能够承受振动。

除了力学难题之外,卫星在地面研制阶段还需要进行热真空试验等多项测试,以排除技术上所面临的安全风险。

卫星如何分散入轨?

卫星分离分为两类:将卫星送入同一轨道和送入不同轨道。

“长八遥二”一箭22星成功发射!这么多卫星如何“排队入轨”?

▲“猎鹰-9”火箭在低地球轨道发射64颗小微卫星(图片来源:中新网)

入轨精度与时间间隔是实现多星分离进入不同轨道的关键。运载火箭首先要有姿态控制能力、变轨能力。运载火箭进入到目标轨道以后,不能立即释放载荷,而需要依次释放,留有时间间隔。同时还要求运载火箭的末子级在到达轨道时,本身还要进行姿态调整,使得释放某一载荷符合其预定方向。

由于载荷偏多,为保证避免卫星碰撞,释放的时间间隔相应延长,因此需要运载火箭具有一定的供电能力。目前大多数卫星使用太阳能帆板,具有可持续的供电能力。而运载火箭通常使用蓄电池,并不能持续地提供电力。在实际操作之前,科研人员在地面要进行详细的数值计算与数学仿真,来模拟火箭入轨以后依次释放载荷的过程,保证卫星释放可靠、安全。

多星发射有哪些优势?

航天科工二院研究员、国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光表示,一箭多星发射技术在世界范围内已经相对成熟,包括美国、俄罗斯、中国在内的航天大国均较为成熟地掌握了该项技术。

目前,微小卫星产业发展迅速。对于此类卫星而言,采用单独的小型运载火箭发射虽然较为灵活,可以快速满足发射需求,但成本相对较高。

运载火箭自身控制系统、电源系统以及结构系统等部分占有较多重量。火箭越大,这些系统占比越低,即火箭每公斤载荷的单位成本也就越低。通常来说,使用大火箭发射,发射成本更低。

小卫星的迅速发展与大火箭较低的运载成本结合,“拼单”发射方式就变成了趋势。杨宇光认为,未来我国的运载火箭在商业上将更加成熟,除了技术更可靠外,良好的商业运作将进一步降低发射成本,提高我国一箭多星发射技术的竞争力。

“一箭多星”的世界纪录是谁?

2021年1月24日,美国太空探索技术公司(SpaceX)完成"运输者1号"发射任务。猎鹰9号火箭搭载143颗卫星进入太空,创下单次发射卫星数量的新纪录。这刷新了2017年由一家印度公司所创下的“一箭104星”纪录。

“长八遥二”一箭22星成功发射!这么多卫星如何“排队入轨”?

▲“一箭143星”任务为SpaceX猎鹰九号可回收火箭刷新里程碑(图片来源:新华网)

此次一箭143星的成功,意味着“火箭快递”终成现实。目前,美国“太空技术探索”公司已经在火箭的商业运营方面,取得了新的突破,该公司规定卫星的收费标准是200公斤内100美元,超出的部分每公斤只需5000美元。由此可见,该公司在火箭的商业运营上已经趋于成熟,在未来,若是任何个人或者公司有需要,都能将物品送上太空。

(资料综合自:央广网,新华网,澎湃新闻,中国新闻网,中国运载火箭技术研究院等)

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出品:科普中央厨房

监制:北京科技报 | 北科传媒

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