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长征六号一箭发射20星 解读“天女散花”背后

时间:2015年09月21日 信息来源:人民网-科技频道 点击: 【字体:

人民网北京9月19日电 长征六号运载火箭的“首秀”就创造了国内单次发射卫星数量之最,仅次于美俄两国,这标志着中国航天科技集团公司成功突破和掌握了多星发射技术,为我国发展系列化、标准化的多星发射接口装置,推动小卫星技术发展与应用奠定了技术基础,同时也标志着我国在运载火箭现代化、模块化方面迈出了坚实的一步。


那么,让刚“出道”的长六火箭带20个“孩子”出远门是一种什么体验?


“酸甜苦辣,各种滋味儿。”长六火箭副总设计师周遇仁开玩笑说:“最新研制的长六火箭如果能说话,他应该最想说的就是这句话吧。”


苦味:“排排坐”并非易事


“从最初的‘排排坐’,我们就已经开始尝到了点苦味了。”周遇仁说着拿出手边的笔在纸上画了一个个大小不一的立方体。


“20个‘孩子’,来自6个不同的‘家庭’,高矮胖瘦各不相同。要妥妥地放下它们,对火箭有效空间的运用是一个考验。”周遇仁指着那20个立方体告诉记者,他们是如何在有限的空间里让它们“排排坐”的。


“20颗卫星被分成了3层,像金字塔般地分别排列。最底层安放了5颗主星,其中2颗主星怀中各自抱着2颗子星;中间层有4颗主星,其中1颗主星的怀中抱着5颗子星,最上面一层则是1颗主星抱着1颗子星。”周遇仁比划着说。


由于我国微小卫星发射尚未形成统一的接口标准,这给星箭协调带来了极大的不便。这次长六火箭在研制之初就已经尽最大可能协调并规范卫星与火箭之间的机电接口,“也是希望每个‘孩子’分到的接口都能称心如意。”周遇仁说,为了形成系列化、标准化的多星发射接口,他们进行了不少开拓性的探索,比如,像长六火箭这样金字塔形的多星布局设计,是为了火箭在飞行过程中保证各颗卫星间分离时的安全距离而设计。


传统火箭一般采用增加单独舱段、向高度方向发展、多次分离舱段的模式,如此一来火箭不但增加了大量的结构重量,分离程序设计也很复杂,不适宜一箭20星发射。然而,长六火箭创造性地采用了支承舱+多星分配器的布局方式,在一个整流罩的空间内完成了所有的卫星布置,确保卫星分离速度、方向各不相同,保证分离的安全性。这些成果为日后火箭进一步提升多星发射能力奠定了基础。


“尽管如此,我们在这一方面还是有不少改进的空间。”说着,周遇仁寥寥添了几笔将20个立方体改成了20个大小不一的抽屉。


如今一箭多星的世界纪录保持者是俄罗斯的第聂伯火箭,该枚火箭在去年成功发射了一箭37星,它能告诉我们标准化到底有多重要。


“‘抽屉式’是将来微小卫星进行多星发射的发展方向,第聂伯火箭正在朝那个方向发展,也就是说火箭的整个分离装置要完全标准化。你可以把他们想象成很多个标准化的抽屉,卫星可以根据需要占用一个或多个抽屉,这种方式是最节省空间的。”长六火箭主任设计师张晓东对任何排列整齐的物品天生具有好感,他坦诚地说,我国火箭的集成化多星发射装置还在不断地改进中,该种装置可满足数十颗标准化小卫星的发射需求,为不同的有效载荷提供简单易行的入轨服务。


因此,规范小卫星的外形尺寸、提高微小卫星的标准化程度是卫星们“旅行”安全的前提。


辣味:天女散花看上去很美


这20个可爱又调皮的“孩子”被第一次服役的长六“哥哥”带上太空后,会分4次释放,每次释放只间隔几十秒的时间,那么,“麻辣”的问题来了——如何确保他们不会相互磕着、碰着呢?


先来科普一下,一般来说,用一枚火箭发射多颗卫星,按入轨模式可分为2类。一类是把一批卫星送入基本相同的轨道,当火箭抵达预定轨道后,就把所有的卫星像天女散花一样释放出去。另一类则是把多颗卫星分别送入不同参数的轨道。长六火箭此次执行的任务就是极具浪漫色彩的“天女散花”式释放小卫星。这种“看上去很美”的释放方式需要解决的关键技术就是要防止大量卫星在释放时星箭和星星间的碰撞问题。


显然,确保每一个“孩子”的安全是长六火箭最大的责任。所以,像“长六”这样贴心的“暖男”对这20个“孩子”上天后如何排着队“出门”,不至于它们因为太兴奋而撒了欢似地往外跑导致磕着碰着,心中早有打算。


“10颗主星按照一、二、三层依次释放,其中第三层的5颗主星分2次释放,另外10颗子星择机释放。”张晓东说,为了星箭分离后的近场安全,长六火箭创新性地采取了“灵巧末级”设计,即火箭末级可以高精度调姿和实现正推轨道控制,这在国内运载火箭中尚属首次,给多星分离轨道设计提供了极大的便利。“在多星分离轨道设计时,我们还给长六火箭创新性地采用了‘多星轨道周期控制方法’,即将多颗卫星间及与卫星与火箭末级的轨道周期拉开后越飞越远,保证了星星间、星箭间的安全距离。”


酸和甜:初尝市场的“蛋糕”


六个来自不同家庭的“孩子”汇聚一堂,和年轻的长六“哥哥”经过一路磨合,最终完成一项极富挑战性的任务应该是一件酸中带甜的事情了吧。


“这20颗卫星都不大,‘身材’最高大的是中国航天科技集团公司所属的东方红海特公司的开拓一号卫星,也才100多公斤重,它位于最顶层,也是最先被释放出去的。而最‘迷你’的子星只有几十克,比一部小手机还小。”张晓东介绍道,这些“孩子”的“家长”分别是中国航天科技集团公司所属的航天东方红卫星有限公司和深圳航天东方红海特公司、清华大学、浙江大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学,“这些卫星有的用于验证在轨技术,有的用于相关技术应用。”张小东以哈尔滨工业大学在校生研制的卫星为例说:“那颗卫星主要是用于监测船舶和飞机的航行情况。避免出现像马航这样的失联情况。”


一箭二十星并非为了“显摆”酷炫的火箭技术,市场这块“大蛋糕”才是这次发射的最大“甜头”。


“用物美价廉来形容这次的多星发射是再合适不过的了。”航天东方红卫星有限公司希望二号卫星总设计师兼总指挥赵志明说。他们作为此次搭载服务的“顾客”诚恳地给出了五星好评。


很多人都知道,发射低轨道卫星的运载火箭其价格就要比发射高轨卫星的火箭便宜,而小卫星一般采用500公里以下高度的轨道就足够了。同时,多星发射还能进一步降低单颗载荷的发射成本。“另外,我们这次搭载的6颗希望二号A、B、C、D、E、F卫星,采用了大量的商用元器件、较为先进的一线测温技术、卫星无缆化技术等。研制费用较传统卫星又大大降低了。”赵志明说。


目前,卫星研制小型化、模块化、集成化是国际卫星研制的一个基本趋势。由于“研制小卫星的门槛不高,像我们高校和规模不大的卫星研制单位等均可以跃进这道‘龙门’。”哈尔滨工业大学教授王峰说,多星发射犹如品质依旧上乘的“特价旅行”,对于客户来说,价格诱人愿意尝试,对于火箭来说,客户越多,每颗卫星的费用就越低,如果有批量化运载火箭的订单,火箭的研制成本还会更低。“这是一个很好的良性循环”。


“将来,商用图片、纪念品、超高空气球、区域通讯中继等都将成为我们火箭服务的对象。”周遇仁说完仔细地叠起那张画了20个立方体的纸,放入自己的口袋。


(作者:杨蕾)
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