一箭 41星,中国航天又刷新一项纪录:卫星如何拼火箭上天
新华社 2023-06-29 10:03

近日,我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,成功将吉林一号高分06A星等41颗卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功,创下一箭41星新纪录。长征二号丁运载火箭怎样拥有如此“大容量”?又如何保障搭载卫星的安全稳定?

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6月15日13时30分,我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,成功将吉林一号高分06A星等41颗卫星发射升空。/新华社发

执行本次任务的长征二号丁运载火箭是由中国航天科技集团有限公司八院抓总研制的常温液体二级运载火箭,具有“可靠性高、经济性好、适应性强”等特点,可支持单星、多星并联、串联、搭载等多种形式的发射需求。其太阳同步圆轨道运载能力可达1.3吨(轨道高度700公里)。

一次性将41颗卫星安全顺利送入轨道,首先要解决的就是卫星在整流罩内的布局问题,不仅要保证卫星“坐得下”,还要“坐得舒服”。

为此,八院长征二号丁运载火箭研制团队充分梳理卫星的结构、任务需求,充分挖掘潜能,优化布局设计,采取“38颗卫星壁挂+3颗卫星侧壁”的布局方式,成功给41颗卫星找到安全舒适的位置。

卫星的“座椅”由多星适配器和下方锥形支承舱组成,为便于星箭联合操作,约4米高的多星适配器分成上下两个中心承力筒。其中,38颗卫星绕中心承力筒按列布置,并保证星与星之间的安全距离。如此一来,多星适配器“座无虚席”,但如果为了新增“座位”而一味增加承力筒的高度,卫星在飞行阶段将会面临难以承受的“振动”和“颠簸”。

为了让41位卫星乘客畅享舒适飞行体验,型号团队有效利用整流罩内的空间,让适配器下方的卫星乘客挪了挪“脚”,在支承舱上开辟出3个“专座”,成功让41颗卫星顺利“上车”。虽然“座椅”的形式比较新颖,但采用的都是优质部件,有力保障了此次任务的安全性。

本次发射的吉林一号高分06A星等41颗卫星由长光卫星技术股份有限公司研制,可以获取高空间分辨率对地观测遥感影像,为用户提供业态分析、区域普查等遥感信息服务,同时为国土资源、矿产开发、智慧城市建设等行业提供遥感数据服务。

1、“一箭多星”技术难点在哪里?

“一箭多星”顾名思义,是指通过一次发射任务,将多颗卫星送到预定的轨道。随着我国卫星技术的不断发展,尤其是在民用卫星领域,小型卫星批量发射、在太空组成星座的模式逐渐成为主流,一箭多星发射是小型卫星星座组网建设的首选方案。

航天科技集团八院长征二号丁运载火箭总设计师李建强表示,从经济性和整个的时效性上,一箭多星是最有效的,多颗星座卫星要求尽快部署,实施一箭多星的话,相当于是解决了以往多枚火箭不同时间实现多次部署的需求。

一箭多星发射对火箭、卫星、测控等都提出了非常高的要求,目前,国际上也只有极少数国家掌握这项技术。“来实现一箭多星需要多方面都来配合。假如说是有几十颗卫星上去,同时要观察天上在轨的很多颗卫星,对我们的测控的要求就比较高;同时挂多颗卫星,要保证它能安全到点到站,但是还不能发生相互拥挤、相互碰撞。”

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技术人员正在对卫星进行测试和安装。/央视新闻截图

2、数十颗卫星如何“排排坐”?

41颗卫星要乘坐一枚火箭上天,这些卫星的“座位”怎样安排?火箭是怎么将这41颗卫星装下的呢?

卫星在发射前,需要在“座位”上“坐好”,也就是要安装在卫星支架上,然后再放到火箭头部的整流罩里。为了能够放得下这41颗卫星,火箭研制团队专门定制了卫星支架。

李建强介绍,为了放下这41颗星,技术人员设计了一个4米高的一个圆筒段,41颗星是采用壁挂的方式,总共是分成6层7列来分布,实现错位安装。

能装得下卫星只是第一步,卫星的“座位”舒不舒服、发射过程中卫星和支架会不会出现问题,这都是火箭研制团队必须要考虑的问题。李建强说,支架的设计有一定的强度要求,要保证过程中不能散架。这一次发射,火箭还采用了更大直径的整流罩,确保所有的卫星安全、舒适地到达目的地。

3、“到站下车”,卫星如何与火箭分离?

安排好了座位,太空乘客们就可以出发了。经过约15分钟的飞行,乘客陆续“到站下车”,这么多的卫星怎样和火箭分离?分离的时候会不会“打架”呢?

星箭分离是火箭飞行过程中最关键的动作之一,风险也比较大。卫星数量越多,分离出去后在轨道飞行碰撞的风险就越大。这41名“乘客”到了站“下车”以后,41颗星之间的相对距离不能太远,这是有要求的,因为它入轨的话有轨道参数约束。

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卫星与火箭分离动画示意图。/央视新闻截图

为了避免卫星在“下车”时出现拥挤碰撞的情况,研制团队巧妙设计“落客方案”,让卫星依次有序进行分离。总体设计团队将筒状多星适配器上的38颗卫星每一层分为一组,共6组,下方支承舱上的3颗卫星作为第7组,卫星按组进行依次分离。此外,本发火箭还配套了10个反推火箭,通过开启反推火箭拉开每组卫星之间的距离,保障了彼此之间分离的安全性。

4、41颗卫星都干啥?

据了解,由于遥感、导航等卫星星座组网的需要,这些星座往往包含几百颗甚至上千颗卫星,未来一箭多星发射将成为常态。那么,这次发射的41颗卫星都是做什么的?在发射测试上遇到了哪些挑战?

此次发射的41颗卫星是“吉林一号”遥感卫星星座的组成部分,运行在距离地面500公里左右的太阳同步轨道上,主要用于对地观测,它们就像是飞在太空中的照相机,可以为各行各业提供遥感数据服务。与光学A星相比,高分06A星分辨率保持0.75米基本不变、幅宽提升50%。即成像一次,卫星图片清晰度不变,但可见范围增加50%,卫星重量和成本反而降至以前的约二十分之一。

一箭41星任务副总指挥李小明说:“这是我们整个规划的一期星座的一个组成部分。入轨之后要和我们在轨现在这些星座组成一个完整的、性能更强的卫星星座,能够实现全球任意地区、任意地点重访35次以上,达到这样很好的一个应用规模。”

(综合新华社、央视新闻)