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长征六号一箭20星技术解析

时间:2015-09-21  来源:科技日报   发布:高端装备网 

  由中国航天科技集团公司上海航天技术研究院研制的长征六号运载火箭,在“首秀”中实现了国内单次发射卫星数量之最,仅次于美俄两国。

 

  让刚“出道”的长六火箭带20个“孩子”出远门是一种什么体验?该火箭副总设计师周遇仁表示:“甜苦辣,各种滋味儿。”

 

  苦:“排排坐”不容易

 

  “从最初的‘排排坐’,我们就已经开始尝到了苦味。”周遇仁说。

 

  20颗卫星由6个单位研制,高矮胖瘦各不相同。要妥妥地放下它们,对火箭有效空间的运用是个考验。周遇仁介绍,20颗卫星被分成3层,像金字塔般排列。最底层安放了5颗主星,其中2颗主星各怀抱着2颗子星;中间层有4颗主星,其中1颗主星抱着5颗子星;最上面一层则是1颗主星抱着1颗子星。金字塔形的多星布局设计,可保证在火箭飞行过程中各卫星分离时的安全距离。

 

  传统火箭一般采用增加单独舱段、向高度方向发展、多次分离舱段的模式,不但增加了结构重量,分离程序设计也很复杂,不适宜一箭20星发射。而长征六号火箭创造性地采用了支承舱+多星分配器的布局方式,在一个整流罩内完成了所有的卫星布置,确保卫星分离速度、方向各不相同,保证分离的安全性。这些成果为今后火箭进一步提升多星发射能力奠定了基础。

 

  由于我国微小卫星发射尚未形成统一的接口标准,给星箭协调带来极大不便。长征六号火箭在研制之初,就尽可能协调并规范星箭之间的机电接口。为了形成系列化、标准化的多星发射接口,科技人员开展了大量探索。“但我们还有不少改进的空间。”周遇仁说。

 

  目前一箭多星的世界纪录保持者是俄罗斯的第聂伯火箭,该枚火箭在去年成功发射了一箭37星,充分证明了标准化的重要性。“‘抽屉式’是将来微小卫星进行多星发射的发展方向,第聂伯火箭正在朝那个方向发展,也就是说火箭的整个分离装置要完全标准化。”长征六号火箭主任设计师张晓东说,“可以把它想象成很多个标准化的抽屉,卫星可以根据需要占用一个或多个抽屉,这种方式最节省空间。”他介绍说,我国火箭的集成化多星发射装置还在不断地改进中,该种装置可满足数十颗标准化小卫星的发射需求,为不同的有效载荷提供简单易行的入轨服务。

 

  辣:“天女散花”看上去很美

 

  20颗卫星跟随长征六号火箭进入太空后分4次释放,每次释放只间隔几十秒。“麻辣”的问题来了——如何确保它们不会相互碰撞?

 

  通常,用一枚火箭发射多颗卫星,按入轨模式可分为两类。一是把一批卫星送入基本相同的轨道,当火箭抵达预定轨道后,把所有的卫星像天女散花一样释放出去;二是把多颗卫星分别送入不同参数的轨道。长征六号火箭此次正是天女散花式释放小卫星。这种“看上去很美”的方式要解决的关键技术就是,防止卫星释放时星箭和星星间的碰撞。

 

  “10颗主星按照一、二、三层依次释放,其中第三层的5颗主星分2次释放,另外10颗子星择机释放。”张晓东说。

 

  他介绍,长征六号火箭采取了“灵巧末级”设计,即火箭末级可以高精度调姿和实现正推轨道控制,这在国内运载火箭中尚属首次,给多星分离轨道设计提供了极大的便利。“我们还给长六火箭创新性地采用了‘多星轨道周期控制方法’,即将多颗卫星间及与卫星与火箭末级的轨道周期拉开后越飞越远,保证了星星间、星箭间的安全距离。”张晓东说。

 

  甜:初尝市场“蛋糕”

 

  一箭20星并非为了显摆酷炫的火箭技术,市场这块“蛋糕”才是最大的“甜头”。

 

  “用物美价廉来形容这次多星发射是再合适不过的了。”航天东方红卫星有限公司希望二号卫星总设计师兼总指挥赵志明说。作为此次搭载服务的“顾客”之一,他们诚恳地给出了五星好评。

 

  发射低轨道卫星的运载火箭价格比发射高轨卫星的火箭便宜,而小卫星通常用500公里左右高度的轨道就够了。多星发射还能进一步降低单颗载荷的发射成本。

 

  “另外,我们这次搭载的希望二号A、B、C、D、E、F 6颗卫星,采用了大量商用元器件,以及先进的一线测温技术、卫星无缆化技术等,研制费用较传统卫星大大降低。”赵志明说。

 

  目前,小型化、模块化、集成化已成国际卫星研制的基本趋势。“研制小卫星的门槛不高,像高校和规模不大的卫星研制单位等均可以跃进这道‘龙门’。”哈尔滨工业大学教授王峰表示,多星发射犹如品质上乘的“特价旅行”。对客户而言,价格诱人愿意尝试;对火箭来说,客户越多,每颗卫星的费用就越低。“这是一个很好的良性循环。”王峰说。

 

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