什么火箭創(chuàng)下過一箭多星的世界紀(jì)錄

我們常常在新聞里看到一枚火箭發(fā)射將多個衛(wèi)星送入預(yù)定軌道的報道，那么什么是一箭多星技術(shù)？又有哪些國家掌握了一箭多星發(fā)射技術(shù)呢？

“一箭多星”是指在一次火箭發(fā)射任務(wù)中，將兩個以上的衛(wèi)星或載荷送入不同的軌道。這種發(fā)射方式最大化利用了火箭運(yùn)力，能顯著降低單個小衛(wèi)星的發(fā)射成本。這是航天企業(yè)為了應(yīng)對愈發(fā)激烈的商業(yè)航天發(fā)射市場做出的必然選擇。

1960年美國首次采用了這項技術(shù)，用一枚火箭發(fā)射了兩顆衛(wèi)星，次年又成功發(fā)射了“一箭三星”。接著，蘇聯(lián)多次用一枚火箭發(fā)射8顆衛(wèi)星。隨后，歐洲航天局也掌握了這種發(fā)射技術(shù)。中國在1981年9月成功地用一枚“風(fēng)暴一號”運(yùn)載火箭將一組三顆“實踐二號”衛(wèi)星送入地球軌道，成為第四個獨(dú)立掌握一箭多星發(fā)射技術(shù)的國家。印度和日本則分別于2008年和2009年實現(xiàn)了一箭多星發(fā)射。

長征二號丁運(yùn)載火箭發(fā)射場景

2013年6月15日，中國火箭長征二號丁運(yùn)載火箭將41顆衛(wèi)星送入了預(yù)定軌道，刷新了一箭多星的記錄；

2017年2月15日，印度火箭PSLV-C37成功發(fā)射，將104顆小衛(wèi)星送入太陽同步軌道；

2021年1月24日，美國火箭“獵鷹”9火箭打破了印度火箭記錄，將143顆小衛(wèi)星送入太陽同步軌道，刷新了之前由印度保持的單次發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量最多的世界紀(jì)錄。

火箭要一次性將多達(dá)上百顆的衛(wèi)星安全送入軌道，它們是如何被固定在火箭上，安全抵達(dá)太空的呢？

為了保證衛(wèi)星“安全出行”，火箭會安裝一個圓錐形的衛(wèi)星支架，下頭大的那端連在火箭末級的圓柱外殼上，上頭小的那端就連著衛(wèi)星的星箭對接框。如果單獨(dú)發(fā)射一顆衛(wèi)星，那么它就可以獨(dú)占火箭的衛(wèi)星支架、包帶等解鎖分離裝置。然而對于一箭多星來說，一個對接框就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠啦。由于衛(wèi)星的體積、重量大小不一，形狀各有不同，火箭整流罩內(nèi)的空間有限。只有對空間進(jìn)行更大限度的分配和利用，才能讓衛(wèi)星順利搭載和分離。這就需要通過一個被稱為“多星分配器”的轉(zhuǎn)換裝置了，通過它，能夠轉(zhuǎn)換出多個不同的衛(wèi)星接口，讓所有的衛(wèi)星“排排坐”。

當(dāng)規(guī)模相當(dāng)?shù)亩囝w衛(wèi)星發(fā)射時，可以使用中心承力筒式衛(wèi)星分配器，它能夠?qū)⒍囝w衛(wèi)星分別懸掛在圓筒狀的圓周側(cè)壁上，也可以使用圓盤式衛(wèi)星分配器，它能夠?qū)⒍囝w衛(wèi)星放置在自己的大圓盤上。如果搭載的衛(wèi)星質(zhì)量、尺寸差別大，那一般有一顆是主任務(wù)衛(wèi)星，其他的是小型搭載衛(wèi)星，主任務(wù)衛(wèi)星通常會被安置在衛(wèi)星分配器頂端，小型搭載衛(wèi)星就會分布在衛(wèi)星分布器的側(cè)壁或者下方。

以一箭22星的長征八號運(yùn)載火箭為例，設(shè)計團(tuán)隊結(jié)合任務(wù)需求對傳統(tǒng)的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理，最后設(shè)計出了新的“三層式多星分配器”。它從下到上分別由錐形支架、中心承力筒和圓盤平臺組成。其中，錐形支架可搭載2顆衛(wèi)星，中心承力筒可搭載14顆衛(wèi)星，圓盤平臺可搭載6顆衛(wèi)星，最終完美將22顆衛(wèi)星裝進(jìn)整流罩中。

長征二號丁運(yùn)載火箭所運(yùn)載的41顆衛(wèi)星開始陸續(xù)與火箭分離

上車“乘坐”問題得到了完美解決，那這些衛(wèi)星到達(dá)太空后又該如何“下車”呢？

當(dāng)火箭上各類小衛(wèi)星的預(yù)定軌道一致時，火箭末級在特定的軌道上將衛(wèi)星一次或逐次放出即可。為避免各個載荷釋放后出現(xiàn)碰撞，只要將每顆衛(wèi)星的分離時間和分離速度進(jìn)行設(shè)置，即可使衛(wèi)星們安全“下車”。

但如果需要將不同的衛(wèi)星發(fā)射到各自的軌道或同一軌道面不同相位處時又該如何設(shè)置呢？

在這種情況下執(zhí)行一箭多星發(fā)射任務(wù)，運(yùn)載火箭必須配備先進(jìn)的上面級。通過上面級多次點火、起動，機(jī)動至不同軌道高度處或者同一軌道面不同相位處，完成衛(wèi)星分離及軌道部署，以滿足不同衛(wèi)星入軌的高度或相位要求。

長征五號B運(yùn)載火箭將首次發(fā)射一箭多星

一箭多星分離方式的選擇對于衛(wèi)星的分離準(zhǔn)確率和安全影響很大需要考慮不同衛(wèi)星分離的順序、時間、角度和速度等多種因素。衛(wèi)星在分離過程中還會受到姿態(tài)穩(wěn)定、地球引力和空氣阻力等多重因素的干擾，所以就得對分離過程進(jìn)行大量的仿真計算，在實際操作的時候精確控制各種動作，這樣才能確保衛(wèi)星從“上車”到“下車”全過程的安全。

一箭多星的發(fā)射方式能節(jié)約核載質(zhì)量，提高發(fā)射效率。隨著低軌通信、遙感星座任務(wù)需求不斷增長，相信一箭多星技術(shù)會為未來人類進(jìn)入太空提供更大助力。

部分信息來源于：環(huán)球時報、科普中國

（科學(xué)性審核：周炳紅，中國航天科普大使）