“長八遙二”一箭22星成功發(fā)射！這么多衛(wèi)星如何“排隊入軌”？

3月5日，長二丙火箭成功將7顆衛(wèi)星發(fā)射升空。一箭多星發(fā)射有哪些難點？這么多衛(wèi)星如何分散入軌**？**
整理/新媒體編輯 段大衛(wèi)

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(shù)研究院抓總研制的長征二號丙火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，成功將銀河航天02批6顆衛(wèi)星和1顆暄銘星愿微納衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)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(shù)天前的2月27日上午，長征八號遙二運載火箭在文昌航天發(fā)射場點火升空，成功將22顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，創(chuàng)造了我國一箭多星發(fā)射的新紀(jì)錄。

▲長征八號遙二運載火箭發(fā)射現(xiàn)場（來源：中國網(wǎng)）

此次發(fā)射是長征八號無助推器構(gòu)型的首飛，也是今年我國新一代運載火箭的首次發(fā)射，共搭載了海南一號01星和02星、大運號衛(wèi)星等22顆商業(yè)衛(wèi)星，這些衛(wèi)星將主要用于對地觀測、低軌物聯(lián)網(wǎng)通信和空間科學(xué)實驗。我國很早開始探索“一箭多星”技術(shù)，最早的“一箭多星”發(fā)射可追溯到1981年9月20日。當(dāng)天，風(fēng)暴一號運載火箭發(fā)射實踐二號、實踐二號甲、實踐二號乙三顆科學(xué)實驗衛(wèi)星成功。自此，我國成為世界上第四個掌握“一箭多星”技術(shù)的國家。一箭多星發(fā)射有哪些難點？這么多衛(wèi)星如何分散入軌？多星發(fā)射有什么優(yōu)勢？一箭多星的世界紀(jì)錄是誰？

一箭多星發(fā)射有哪些難點？

目前，包括美國、俄羅斯、中國在內(nèi)的各航空大國已經(jīng)成熟地掌握一箭多星發(fā)射技術(shù)，但成功實現(xiàn)發(fā)射仍需要解決諸多難題。重力損失是發(fā)射時面臨的最大難點。從理論上來說，用最快的速度將運載火箭發(fā)射上天最節(jié)約能量。但是，由于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(jìn)劑。另一方面，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，大氣層還會對火箭產(chǎn)生許多干擾?；鸺l(fā)動機所采用的液體燃料在燃燒室內(nèi)燃燒以及從噴管中噴出的過程中會產(chǎn)生振動，再加上火箭在高速穿越大氣層的過程中也會產(chǎn)生振動，最終這些劇烈的振動會傳遞到載荷，也就是衛(wèi)星上。

▲準(zhǔn)備發(fā)射的長八遙二火箭。（圖片來源：中國運載火箭技術(shù)研究院）

一箭多星發(fā)射技術(shù)要求火箭頂端的適配器更大，以容納更多衛(wèi)星；同時要求更輕，以節(jié)省能量，將運載能力都留給載荷，有效發(fā)揮運載火箭的效益。因此，相較于一箭一星，一箭多星帶來了更為復(fù)雜的振動條件，需要科研人員進(jìn)行復(fù)雜、精密的數(shù)學(xué)計算，以確保安裝在運載火箭各部位的衛(wèi)星都能夠承受振動。

除了力學(xué)難題之外，衛(wèi)星在地面研制階段還需要進(jìn)行熱真空試驗等多項測試，以排除技術(shù)上所面臨的安全風(fēng)險。

衛(wèi)星如何分散入軌？

衛(wèi)星分離分為兩類：將衛(wèi)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(fā)射64顆小微衛(wèi)星（圖片來源：中新網(wǎng)）

入軌精度與時間間隔是實現(xiàn)多星分離進(jìn)入不同軌道的關(guān)鍵。運載火箭首先要有姿態(tài)控制能力、變軌能力。運載火箭進(jìn)入到目標(biāo)軌道以后，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(dá)軌道時，本身還要進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，使得釋放某一載荷符合其預(yù)定方向。由于載荷偏多，為保證避免衛(wèi)星碰撞，釋放的時間間隔相應(yīng)延長，因此需要運載火箭具有一定的供電能力。目前大多數(shù)衛(wèi)星使用太陽能帆板，具有可持續(xù)的供電能力。而運載火箭通常使用蓄電池，并不能持續(xù)地提供電力。在實際操作之前，科研人員在地面要進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值計算與數(shù)學(xué)仿真，來模擬火箭入軌以后依次釋放載荷的過程，保證衛(wèi)星釋放可靠、安全。

多星發(fā)射有哪些優(yōu)勢？

航天科工二院研究員、國際宇航聯(lián)合會空間運輸委員會副主席楊宇光表示，一箭多星發(fā)射技術(shù)在世界范圍內(nèi)已經(jīng)相對成熟，包括美國、俄羅斯、中國在內(nèi)的航天大國均較為成熟地掌握了該項技術(shù)。目前，微小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。對于此類衛(wèi)星而言，采用單獨的小型運載火箭發(fā)射雖然較為靈活，可以快速滿足發(fā)射需求，但成本相對較高。運載火箭自身控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等部分占有較多重量?；鸺酱?，這些系統(tǒng)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(fā)射，發(fā)射成本更低。小衛(wèi)星的迅速發(fā)展與大火箭較低的運載成本結(jié)合，“拼單”發(fā)射方式就變成了趨勢。楊宇光認(rèn)為，未來我國的運載火箭在商業(yè)上將更加成熟，除了技術(shù)更可靠外，良好的商業(yè)運作將進(jìn)一步降低發(fā)射成本，提高我國一箭多星發(fā)射技術(shù)的競爭力。

“一箭多星”的世界紀(jì)錄是誰？

2021年1月24日，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）完成"運輸者1號"發(fā)射任務(wù)。獵鷹9號火箭搭載143顆衛(wèi)星進(jìn)入太空，創(chuàng)下單次發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量的新紀(jì)錄。這刷新了2017年由一家印度公司所創(chuàng)下的“一箭104星”紀(jì)錄。

▲“一箭143星”任務(wù)為SpaceX獵鷹九號可回收火箭刷新里程碑（圖片來源：新華網(wǎng)）

此次一箭143星的成功，意味著“火箭快遞”終成現(xiàn)實。目前，美國“太空技術(shù)探索”公司已經(jīng)在火箭的商業(yè)運營方面，取得了新的突破，該公司規(guī)定衛(wèi)星的收費標(biāo)準(zhǔn)是200公斤內(nèi)100美元，超出的部分每公斤只需5000美元。由此可見，該公司在火箭的商業(yè)運營上已經(jīng)趨于成熟，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。