近日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭，成功將4顆新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。
這次“一箭四星”發(fā)射，再次引起部分小伙伴對(duì)一箭多星發(fā)射技術(shù)的好奇：是不是一次發(fā)射的衛(wèi)星越多越厲害？
一箭多星發(fā)射技術(shù)很難，目前世界上只有美國、俄羅斯、中國、印度、日本、歐洲航天局等掌握。不過衛(wèi)星數(shù)量多，并不代表技術(shù)含量一定高。
數(shù)量不是問題，發(fā)射方式更體現(xiàn)技術(shù)含量
一箭多星，是指一枚運(yùn)載火箭同時(shí)或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入軌道的技術(shù)。與傳統(tǒng)的單星發(fā)射相比，其能更充分地利用火箭運(yùn)載能力，提高發(fā)射效率，降低發(fā)射成本。
1960年，美國首次用一枚火箭發(fā)射了2顆衛(wèi)星，一年后實(shí)現(xiàn)一箭三星。隨后，蘇聯(lián)、歐洲航天局也掌握了這種發(fā)射技術(shù)。我國于1981年用風(fēng)暴一號(hào)運(yùn)載火箭將3顆實(shí)踐二號(hào)衛(wèi)星送入軌道，成為第四個(gè)獨(dú)立掌握一箭多星發(fā)射技術(shù)的國家。
隨著火箭運(yùn)載能力以及發(fā)射、星箭分離等技術(shù)的發(fā)展，“一箭”發(fā)射衛(wèi)星的數(shù)量屢創(chuàng)新高。
2015年，我國長(zhǎng)征六號(hào)運(yùn)載火箭在首飛任務(wù)中，將20顆衛(wèi)星送入太空，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的亞洲一箭多星紀(jì)錄。
2017年，印度完成一箭104星發(fā)射，打破俄羅斯在2014年創(chuàng)造的一箭37星的世界紀(jì)錄，并將這項(xiàng)世界紀(jì)錄保持至今。
2018年，美國SpaceX公司用獵鷹九號(hào)火箭發(fā)射了64顆星鏈衛(wèi)星，此后數(shù)次發(fā)射部署星座。就在幾天前，該公司又成功發(fā)射了第五批60顆星鏈衛(wèi)星。
不過在航天專家眼中，發(fā)射衛(wèi)星的數(shù)字從技術(shù)角度來說并非關(guān)鍵，發(fā)射方式更體現(xiàn)技術(shù)含量。
將多衛(wèi)星送入同一軌道，分配器是關(guān)鍵
全國空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，一箭多星發(fā)射常用兩種方式，一是把衛(wèi)星送入相同或相近的軌道，二是多次分批將衛(wèi)星送到不同軌道。前者的技術(shù)含量較后者要低。
以印度用PSLV-C37運(yùn)載火箭成功實(shí)現(xiàn)一箭104星發(fā)射為例，龐之浩介紹說，這104顆衛(wèi)星均被送往相同軌道。其中以重730公斤的印度“制圖-2D”為主星，帶著2顆19公斤重的微衛(wèi)星，以及101顆不到10公斤重的納衛(wèi)星。載荷數(shù)量雖多，質(zhì)量卻不大。任務(wù)所用火箭的太陽同步軌道運(yùn)載能力僅1.5噸，在運(yùn)載能力上并未取得突破。
同時(shí)，此次任務(wù)采用直接發(fā)射、逐次釋放方式，適用于對(duì)軌道高度、相位的精確性要求不是很高的任務(wù)。俄羅斯曾在2013年和2014年，用第聶伯火箭分別發(fā)射32顆和37顆衛(wèi)星，采用的也是這種方式。
不過一次發(fā)射這么多衛(wèi)星，也有一定技術(shù)難度。因?yàn)橐诤芏痰臅r(shí)間間隔內(nèi)，把衛(wèi)星以一定角度推出去，保證其不會(huì)相互碰撞。龐之浩說，尤其是101顆納衛(wèi)星的釋放過程不到10分鐘，對(duì)火箭點(diǎn)火時(shí)序的控制、分配器的設(shè)計(jì)有很高要求。
他介紹說，分配器有多種形式，如果發(fā)射類型相似的衛(wèi)星，可采用中心承力筒式分配器或盤式分配器。我國則采用過錐型分配器，便于衛(wèi)星向外釋放。例如2015年長(zhǎng)征六號(hào)一箭20星發(fā)射時(shí)，就是用錐型分配器分批釋放。龐之浩表示，從衛(wèi)星釋放方式上判斷，印度使用的分配器可能與我國類似。
將衛(wèi)星送入不同軌道，上面級(jí)技術(shù)是“必修”
如果要將多顆衛(wèi)星送入不同軌道，則需要借助另一種飛行器——上面級(jí)。上面級(jí)是在火箭上增加的一級(jí)獨(dú)立飛行器。被火箭運(yùn)送到一定軌道后，它能自主飛行多次點(diǎn)火啟動(dòng)，將一個(gè)或多個(gè)航天器送入不同軌道空間。
2018年12月29日，長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭將遠(yuǎn)征三號(hào)上面級(jí)送入太空。此后約4小時(shí)內(nèi)，遠(yuǎn)征三號(hào)經(jīng)過4次精確變軌，把7顆衛(wèi)星分別送入高度相差數(shù)百公里的預(yù)定軌道。此次任務(wù)中，遠(yuǎn)征三號(hào)按照計(jì)劃完成21次點(diǎn)火，創(chuàng)下國內(nèi)上面級(jí)在軌點(diǎn)火次數(shù)紀(jì)錄，同時(shí)也在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)將兩組衛(wèi)星部署到不同軌道。
如今，上面級(jí)技術(shù)已成為各航天大國的“必修課”，目前世界各國研發(fā)的上面級(jí)達(dá)數(shù)十種。我國從上世紀(jì)80年代末開始，先后研制出多型固體推進(jìn)劑上面級(jí)，實(shí)施的多次飛行全部取得成功。近年來，我國又成功研發(fā)出具有多種任務(wù)適應(yīng)性的“遠(yuǎn)征”系列上面級(jí)。2015年3月，我國遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)成功首飛；同年7月，遠(yuǎn)征一號(hào)上面級(jí)再次升空，精準(zhǔn)地將兩顆新一代北斗衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。2016年11月，我國針對(duì)新一代大推力運(yùn)載火箭研制的遠(yuǎn)征二號(hào)上面級(jí)，跟隨長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射成功。
記者了解到，“遠(yuǎn)征”系列上面級(jí)具備20次以上自主快速軌道機(jī)動(dòng)及部署能力，工作時(shí)間可達(dá)數(shù)天，目前已在多種航天發(fā)射任務(wù)中大顯身手。
