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“快遞”20顆衛星的“苦、辣、甜”

  • 發佈時間:2015-09-21 02:30:50  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  由中國航太科技集團公司上海航太技術研究院研製的長征六號運載火箭,在“首秀”中實現了國內單次發射衛星數量之最,僅次於美俄兩國。

  讓剛“出道”的長六火箭帶20個“孩子”出遠門是一種什麼體驗?該火箭副總設計師周遇仁表示:“甜苦辣,各種滋味兒。”

  苦:“排排坐”不容易

  “從最初的‘排排坐’,我們就已經開始嘗到了苦味。”周遇仁説。

  20顆衛星由6個單位研製,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個考驗。周遇仁介紹,20顆衛星被分成3層,像金字塔般排列。最底層安放了5顆主星,其中2顆主星各懷抱著2顆子星;中間層有4顆主星,其中1顆主星抱著5顆子星;最上面一層則是1顆主星抱著1顆子星。金字塔形的多星佈局設計,可保證在火箭飛行過程中各衛星分離時的安全距離。

  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,不但增加了結構重量,分離程式設計也很複雜,不適宜一箭20星發射。而長征六號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。這些成果為今後火箭進一步提升多星發射能力奠定了基礎。

  由於我國微小衛星發射尚未形成統一的介面標準,給星箭協調帶來極大不便。長征六號火箭在研製之初,就盡可能協調並規範星箭之間的機電介面。為了形成系列化、標準化的多星發射介面,科技人員開展了大量探索。“但我們還有不少改進的空間。”周遇仁説。

  目前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,充分證明了標準化的重要性。“‘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,也就是説火箭的整個分離裝置要完全標準化。”長征六號火箭主任設計師張曉東説,“可以把它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,這種方式最節省空間。”他介紹説,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。

  辣:“天女散花”看上去很美

  20顆衛星跟隨長征六號火箭進入太空後分4次釋放,每次釋放只間隔幾十秒。“麻辣”的問題來了——如何確保它們不會相互碰撞?

  通常,用一枚火箭發射多顆衛星,按入軌模式可分為兩類。一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,把所有的衛星像天女散花一樣釋放出去;二是把多顆衛星分別送入不同參數的軌道。長征六號火箭此次正是天女散花式釋放小衛星。這種“看上去很美”的方式要解決的關鍵技術就是,防止衛星釋放時星箭和星星間的碰撞。

  “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。”張曉東説。

  他介紹,長征六號火箭採取了“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。“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。”張曉東説。

  甜:初嘗市場“蛋糕”

  一箭20星並非為了顯擺酷炫的火箭技術,市場這塊“蛋糕”才是最大的“甜頭”。

  “用物美價廉來形容這次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説。作為此次搭載服務的“顧客”之一,他們誠懇地給出了五星好評。

  記者了解到,發射低軌道衛星的運載火箭價格比發射高軌衛星的火箭便宜,而小衛星通常用500公里左右高度的軌道就夠了。多星發射還能進一步降低單顆載荷的發射成本。

  “另外,我們這次搭載的希望二號A、B、C、D、E、F 6顆衛星,採用了大量商用元器件,以及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大大降低。”趙志明説。

  目前,小型化、模組化、整合化已成國際衛星研製的基本趨勢。“研製小衛星的門檻不高,像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表示,多星發射猶如品質上乘的“特價旅行”。對客戶而言,價格誘人願意嘗試;對火箭來説,客戶越多,每顆衛星的費用就越低。“這是一個很好的良性迴圈。”王峰説。(科技日報北京9月20日電)

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