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長征六號一箭發射20星 解讀“天女散花”背後
2015年09月21日 06:17:53 作者:人民網 來源:人民網 字號 打印 關閉

長征六號運載火箭的“首秀”就創造了國內單次發射衛星數量之最,僅次於美俄兩國,這標誌著中國航太科技集團公司成功突破和掌握了多星發射技術,為我國發展系列化、標準化的多星發射介面裝置,推動小衛星技術發展與應用奠定了技術基礎,同時也標誌著我國在運載火箭現代化、模組化方面邁出了堅實的一步。

 

 

那麼,讓剛“出道”的長六火箭帶20個“孩子”出遠門是一種什麼體驗?

“酸甜苦辣,各種滋味兒。”長六火箭副總設計師周遇仁開玩笑說:“最新研製的長六火箭如果能說話,他應該最想說的就是這句話吧。”

苦味:“排排坐”並非易事

“從最初的‘排排坐’,我們就已經開始嘗到了點苦味了。”周遇仁說著拿出手邊的筆在紙上畫了一個個大小不一的立方體。

“20個‘孩子’,來自6個不同的‘家庭’,高矮胖瘦各不相同。要妥妥地放下它們,對火箭有效空間的運用是一個考驗。”周遇仁指著那20個立方體告訴記者,他們是如何在有限的空間裏讓它們“排排坐”的。

“20顆衛星被分成了3層,像金字塔般地分別排列。最底層安放了5顆主星,其中2顆主星懷中各自抱著2顆子星;中間層有4顆主星,其中1顆主星的懷中抱著5顆子星,最上面一層則是1顆主星抱著1顆子星。”周遇仁比劃著說。

由於我國微小衛星發射尚未形成統一的介面標準,這給星箭協調帶來了極大的不便。這次長六火箭在研製之初就已經盡最大可能協調並規範衛星與火箭之間的機電介面,“也是希望每個‘孩子’分到的介面都能稱心如意。”周遇仁說,為了形成系列化、標準化的多星發射介面,他們進行了不少開拓性的探索,比如,像長六火箭這樣金字塔形的多星佈局設計,是為了火箭在飛行過程中保證各顆衛星間分離時的安全距離而設計。

傳統火箭一般採用增加單獨艙段、向高度方向發展、多次分離艙段的模式,如此一來火箭不但增加了大量的結構重量,分離程式設計也很複雜,不適宜一箭20星發射。然而,長六火箭創造性地採用了支承艙+多星分配器的佈局方式,在一個整流罩的空間內完成了所有的衛星佈置,確保衛星分離速度、方向各不相同,保證分離的安全性。這些成果為日後火箭進一步提升多星發射能力奠定了基礎。

“儘管如此,我們在這一方面還是有不少改進的空間。”說著,周遇仁寥寥添了幾筆將20個立方體改成了20個大小不一的抽屜。

如今一箭多星的世界紀錄保持者是俄羅斯的第聶伯火箭,該枚火箭在去年成功發射了一箭37星,它能告訴我們標準化到底有多重要。

“‘抽屜式’是將來微小衛星進行多星發射的發展方向,第聶伯火箭正在朝那個方向發展,也就是說火箭的整個分離裝置要完全標準化。你可以把他們想像成很多個標準化的抽屜,衛星可以根據需要佔用一個或多個抽屜,這種方式是最節省空間的。”長六火箭主任設計師張曉東對任何排列整齊的物品天生具有好感,他坦誠地說,我國火箭的整合化多星發射裝置還在不斷地改進中,該種裝置可滿足數十顆標準化小衛星的發射需求,為不同的有效載荷提供簡單易行的入軌服務。

因此,規範小衛星的外形尺寸、提高微小衛星的標準化程度是衛星們“旅行”安全的前提。

辣味:天女散花看上去很美

這20個可愛又調皮的“孩子”被第一次服役的長六“哥哥”帶上太空後,會分4次釋放,每次釋放只間隔幾十秒的時間,那麼,“麻辣”的問題來了——如何確保他們不會相互磕著、碰著呢?

先來科普一下,一般來說,用一枚火箭發射多顆衛星,按入軌模式可分為2類。一類是把一批衛星送入基本相同的軌道,當火箭抵達預定軌道後,就把所有的衛星像天女散花一樣釋放出去。另一類則是把多顆衛星分別送入不同參數的軌道。長六火箭此次執行的任務就是極具浪漫色彩的“天女散花”式釋放小衛星。這種“看上去很美”的釋放方式需要解決的關鍵技術就是要防止大量衛星在釋放時星箭和星星間的碰撞問題。

顯然,確保每一個“孩子”的安全是長六火箭最大的責任。所以,像“長六”這樣貼心的“暖男”對這20個“孩子”上天后如何排著隊“出門”,不至於它們因為太興奮而撒了歡似地往外跑導致磕著碰著,心中早有打算。

“10顆主星按照一、二、三層依次釋放,其中第三層的5顆主星分2次釋放,另外10顆子星擇機釋放。”張曉東說,為了星箭分離後的近場安全,長六火箭創新性地採取了“靈巧末級”設計,即火箭末級可以高精度調姿和實現正推軌道控制,這在國內運載火箭中尚屬首次,給多星分離軌道設計提供了極大的便利。“在多星分離軌道設計時,我們還給長六火箭創新性地採用了‘多星軌道週期控制方法’,即將多顆衛星間及與衛星與火箭末級的軌道週期拉開後越飛越遠,保證了星星間、星箭間的安全距離。”

酸和甜:初嘗市場的“蛋糕”

六個來自不同家庭的“孩子”匯聚一堂,和年輕的長六“哥哥”經過一路磨合,最終完成一項極富挑戰性的任務應該是一件酸中帶甜的事情了吧。

“這20顆衛星都不大,‘身材’最高大的是中國航太科技集團公司所屬的東方紅海特公司的開拓一號衛星,也才100多公斤重,它位於最頂層,也是最先被釋放出去的。而最‘迷你’的子星只有幾十克,比一部小手機還小。”張曉東介紹道,這些“孩子”的“家長”分別是中國航太科技集團公司所屬的航太東方紅衛星有限公司和深圳航太東方紅海特公司、清華大學、浙江大學、國防科技大學、哈爾濱工業大學,“這些衛星有的用於驗證在軌技術,有的用於相關技術應用。”張小東以哈爾濱工業大學在校生研製的衛星為例說:“那顆衛星主要是用於監測船舶和飛機的航行情況。避免出現像馬航這樣的失聯情況。”

一箭二十星並非為了“顯擺”酷炫的火箭技術,市場這塊“大蛋糕”才是這次發射的最大“甜頭”。

“用物美價廉來形容這次的多星發射是再合適不過的了。”航太東方紅衛星有限公司希望二號衛星總設計師兼總指揮趙志明說。他們作為此次搭載服務的“顧客”誠懇地給出了五星好評。

很多人都知道,發射低軌道衛星的運載火箭其價格就要比發射高軌衛星的火箭便宜,而小衛星一般採用500公里以下高度的軌道就足夠了。同時,多星發射還能進一步降低單顆載荷的發射成本。“另外,我們這次搭載的6顆希望二號A、B、C、D、E、F衛星,採用了大量的商用元器件、較為先進的一線測溫技術、衛星無纜化技術等。研製費用較傳統衛星又大大降低了。”趙志明說。

目前,衛星研製小型化、模組化、整合化是國際衛星研製的一個基本趨勢。由於“研製小衛星的門檻不高,像我們高校和規模不大的衛星研製單位等均可以躍進這道‘龍門’。”哈爾濱工業大學教授王峰說,多星發射猶如品質依舊上乘的“特價旅行”,對於客戶來說,價格誘人願意嘗試,對於火箭來說,客戶越多,每顆衛星的費用就越低,如果有批量化運載火箭的訂單,火箭的研製成本還會更低。“這是一個很好的良性迴圈”。

“將來,商用圖片、紀念品、超高空氣球、區域通訊中繼等都將成為我們火箭服務的對象。”周遇仁說完仔細地疊起那張畫了20個立方體的紙,放入自己的口袋。(楊蕾)

 

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