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

3月5日，長(zhǎng)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(diǎn)？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(shí)01分，由航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院抓總研制的長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)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(mǎn)成功。

（圖片來(lái)源：北京日?qǐng)?bào)客戶(hù)端，攝影/肖國(guó)軍）

就在前不久的2月27日上午，長(zhǎng)征八號(hào)遙二運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，成功將22顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，創(chuàng)造了我國(guó)一箭多星發(fā)射的新紀(jì)錄。

▲長(zhǎng)征八號(hào)遙二運(yùn)載火箭發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)（來(lái)源：中國(guó)網(wǎng)）

此次發(fā)射是長(zhǎng)征八號(hào)無(wú)助推器構(gòu)型的首飛，也是今年我國(guó)新一代運(yùn)載火箭的首次發(fā)射，共搭載了海南一號(hào)01星和02星、大運(yùn)號(hào)衛(wèi)星等22顆商業(yè)衛(wèi)星，這些衛(wèi)星將主要用于對(duì)地觀(guān)測(cè)、低軌物聯(lián)網(wǎng)通信和空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

我國(guó)很早開(kāi)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(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射實(shí)踐二號(hào)、實(shí)踐二號(hào)甲、實(shí)踐二號(hào)乙三顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功。自此，我國(guó)成為世界上第四個(gè)掌握“一箭多星”技術(shù)的國(guó)家。一箭多星發(fā)射有哪些難點(diǎn)？這么多衛(wèi)星如何分散入軌？多星發(fā)射有什么優(yōu)勢(shì)？一箭多星的世界紀(jì)錄是誰(shuí)？

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一箭多星發(fā)射有哪些難點(diǎn)？

目前，包括美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)在內(nèi)的各航空大國(guó)已經(jīng)成熟地掌握一箭多星發(fā)射技術(shù)，但成功實(shí)現(xiàn)發(fā)射仍需要解決諸多難題。

重力損失是發(fā)射時(shí)面臨的最大難點(diǎn)。從理論上來(lái)說(shuō)，用最快的速度將運(yùn)載火箭發(fā)射上天最節(jié)約能量。但是，由于地球是一個(gè)引力非常大的天體，如果火箭速度不夠快，重力將會(huì)造成巨大的能量損耗，浪費(fèi)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(guò)快，大氣阻力也會(huì)消耗一部分能量。同時(shí)，大氣層還會(huì)對(duì)火箭產(chǎn)生許多干擾?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，再加上火箭在高速穿越大氣層的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，最終這些劇烈的振動(dòng)會(huì)傳遞到載荷，也就是衛(wèi)星上。

▲準(zhǔn)備發(fā)射的長(zhǎng)八遙二火箭。（圖片來(lái)源：中國(guó)運(yùn)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(shí)要求更輕，以節(jié)省能量，將運(yùn)載能力都留給載荷，有效發(fā)揮運(yùn)載火箭的效益。因此，相較于一箭一星，一箭多星帶來(lái)了更為復(fù)雜的振動(dòng)條件，需要科研人員進(jìn)行復(fù)雜、精密的數(shù)學(xué)計(jì)算，以確保安裝在運(yùn)載火箭各部位的衛(wèi)星都能夠承受振動(dòng)。

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(yàn)等多項(xiàng)測(cè)試，以排除技術(shù)上所面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)。

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衛(wèi)星如何分散入軌？

衛(wèi)星分離分為兩類(lèi)：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(lái)源：中新網(wǎng)）

入軌精度與時(shí)間間隔是實(shí)現(xiàn)多星分離進(jìn)入不同軌道的關(guān)鍵。運(yùn)載火箭首先要有姿態(tài)控制能力、變軌能力。運(yùn)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(shí)間間隔。同時(shí)還要求運(yùn)載火箭的末子級(jí)在到達(dá)軌道時(shí)，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(shí)間間隔相應(yīng)延長(zhǎng)，因此需要運(yùn)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(yáng)能帆板，具有可持續(xù)的供電能力。而運(yùn)載火箭通常使用蓄電池，并不能持續(xù)地提供電力。在實(shí)際操作之前，科研人員在地面要進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值計(jì)算與數(shù)學(xué)仿真，來(lái)模擬火箭入軌以后依次釋放載荷的過(guò)程，保證衛(wèi)星釋放可靠、安全。

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多星發(fā)射有哪些優(yōu)勢(shì)？

航天科工二院研究員、國(guó)際宇航聯(lián)合會(huì)空間運(yùn)輸委員會(huì)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(duì)成熟，包括美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)在內(nèi)的航天大國(guó)均較為成熟地掌握了該項(xiàng)技術(shù)。

目前，微小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。對(duì)于此類(lèi)衛(wèi)星而言，采用單獨(dú)的小型運(yùn)載火箭發(fā)射雖然較為靈活，可以快速滿(mǎn)足發(fā)射需求，但成本相對(duì)較高。

運(yùn)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(lái)說(shuō)，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(yùn)載成本結(jié)合，“拼單”發(fā)射方式就變成了趨勢(shì)。楊宇光認(rèn)為，未來(lái)我國(guó)的運(yùn)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(yùn)作將進(jìn)一步降低發(fā)射成本，提高我國(guó)一箭多星發(fā)射技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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“一箭多星”的世界紀(jì)錄是誰(shuí)？

2021年1月24日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）完成"運(yùn)輸者1號(hào)"發(fā)射任務(wù)。獵鷹9號(hào)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(hào)可回收火箭刷新里程碑（圖片來(lái)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(shí)。目前，美國(guó)“太空技術(shù)探索”公司已經(jīng)在火箭的商業(yè)運(yùn)營(yíng)方面，取得了新的突破，該公司規(guī)定衛(wèi)星的收費(fèi)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(jiàn)，該公司在火箭的商業(yè)運(yùn)營(yíng)上已經(jīng)趨于成熟，在未來(lái)，若是任何個(gè)人或者公司有需要，都能將物品送上太空。

（資料綜合自：央廣網(wǎng)，新華網(wǎng)，澎湃新聞，中國(guó)新聞網(wǎng)，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院等）

出品：科普中央廚房

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