長(zhǎng)八新構(gòu)型“一箭22星” ， “一箭多星”是怎么回事？

2022年2月27日11時(shí)06分，我國(guó)在文昌航天發(fā)射場(chǎng)使用長(zhǎng)征八號(hào)運(yùn)載火箭，以“1箭22星”方式，成功將泰景三號(hào)01衛(wèi)星等共22顆衛(wèi)星發(fā)射升空。

本次任務(wù)為不帶助推器的新構(gòu)型首飛，同時(shí)也是一次多用戶(hù)共享發(fā)射，共發(fā)射22顆衛(wèi)星，創(chuàng)造了我國(guó)一箭多星的最高紀(jì)錄。

這次發(fā)射成功引起了廣大網(wǎng)民的關(guān)注，尤其是對(duì)“一箭22星”的多星發(fā)射技術(shù)充滿(mǎn)了好奇——是不是發(fā)射的衛(wèi)星越多，就越能證明航天技術(shù)厲害？

一次發(fā)射多顆衛(wèi)星，技術(shù)要求確實(shí)很高，全世界也只有中國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、印度、日本、歐洲航天局等掌握這個(gè)能力。但是，衛(wèi)星多少不是關(guān)鍵，最重要的是發(fā)射技術(shù)。

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我國(guó)很早便開(kāi)始探索“一箭多星”技術(shù)

我國(guó)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。
2015年9月20日，長(zhǎng)征六號(hào)運(yùn)載火箭成功將20顆微小衛(wèi)星送入太空，創(chuàng)造了中國(guó)單次衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量的最高紀(jì)錄。

▲長(zhǎng)征六號(hào)火箭首飛

“一箭多星”技術(shù)，就是用一枚運(yùn)載火箭同時(shí)或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入地球軌道的發(fā)射技術(shù)?！耙患嘈恰笔且环N優(yōu)越的發(fā)射方式，它能充分地利用運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力，降低衛(wèi)星發(fā)射成本。

“一箭多星”技術(shù)分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是將所有載荷發(fā)射到同一條軌道；另一類(lèi)是分別將不同的衛(wèi)星發(fā)射到各自的軌道。

這兩類(lèi)發(fā)射對(duì)于運(yùn)載火箭的要求是不同的。第一類(lèi)發(fā)射任務(wù)是在運(yùn)載火箭的末子級(jí)關(guān)機(jī)后，只需要將所承載的載荷依次釋放出來(lái)即可。這其中，需要考慮的主要問(wèn)題是避免各個(gè)載荷釋放后出現(xiàn)碰撞的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題其實(shí)不難解決，只要在釋放衛(wèi)星時(shí)，速度稍有差異，或者釋放的時(shí)間稍有不同，各個(gè)衛(wèi)星一般來(lái)說(shuō)就會(huì)越“飄”越遠(yuǎn)，由于釋放時(shí)的相對(duì)速度并不大，即使碰撞也不會(huì)產(chǎn)生大量碎片。

對(duì)于將多顆衛(wèi)星發(fā)射到不同軌道的方式，就要求運(yùn)載火箭在進(jìn)入初始軌道后，還要具備變軌的能力，這就不是常規(guī)的運(yùn)載火箭可以做到的了。

▲長(zhǎng)征七號(hào)火箭首飛

我國(guó)已經(jīng)在這個(gè)方面做了多次實(shí)踐。

例如，2016年6月25日，長(zhǎng)征七號(hào)火箭首飛成功。在這次發(fā)射中，遠(yuǎn)征一號(hào)甲上面級(jí)隨其飛行，也成功實(shí)現(xiàn)了自己的首飛。在與長(zhǎng)征七號(hào)火箭分離后，遠(yuǎn)征一號(hào)甲上面級(jí)共計(jì)將5種6個(gè)不同需求的載荷分別“擺渡”到不同的軌道，開(kāi)展新一代飛船縮比返回艙、多星軌道部署、在軌加注、立方星等新技術(shù)在軌演示驗(yàn)證。

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主載荷必須照顧周全

一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)載火箭每次發(fā)射任務(wù)都會(huì)有主載荷。主載荷可以是一顆衛(wèi)星，也可以是多顆衛(wèi)星，但一般數(shù)量不會(huì)太多。每次運(yùn)載火箭發(fā)射任務(wù)，基本上都是圍繞主載荷進(jìn)行的，也就是目標(biāo)軌道、發(fā)射窗口等基本上都是依據(jù)主載荷的要求來(lái)確定。搭載載荷只能確認(rèn)是否可以在這樣的軌道上工作，才能決定是否搭載。

相對(duì)于搭載載荷而言，主載荷對(duì)發(fā)射的要求一般也更為復(fù)雜。在發(fā)射前，一般要求主載荷在發(fā)射塔架上進(jìn)行很多測(cè)試，從發(fā)射塔架到控制中心一般也會(huì)保證要有有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的測(cè)試通道。

另外，很多情況下，要求運(yùn)載火箭的整流罩上有非金屬材料制成的透波窗口，使得主載荷的測(cè)控信號(hào)能夠在運(yùn)載火箭發(fā)射前和發(fā)射過(guò)程中可靠地與地面站進(jìn)行交換。

▲長(zhǎng)征十一號(hào)火箭星箭對(duì)接

在運(yùn)載火箭發(fā)射前，科研人員要進(jìn)行很多靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析，以保證載荷能夠承受運(yùn)載火箭發(fā)射過(guò)程中惡劣的力學(xué)條件，必要時(shí)還會(huì)進(jìn)行星箭聯(lián)合振動(dòng)試驗(yàn)來(lái)確保不出問(wèn)題。

對(duì)于搭載載荷，就不會(huì)“照顧”得這么周到了。很多情況下，搭載載荷和運(yùn)載火箭之間沒(méi)有信號(hào)接口，只是在釋放搭載載荷的時(shí)候，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)之類(lèi)的裝置告訴衛(wèi)星已經(jīng)入軌，并可以啟動(dòng)工作了。

一般的發(fā)射任務(wù)會(huì)最先釋放主載荷，在此之前，運(yùn)載火箭在加速過(guò)程中，如果搭載載荷出現(xiàn)脫落或與火箭發(fā)射共振，也會(huì)影響到主載荷的安全，所以對(duì)搭載載荷的要求也是以不影響主任務(wù)安全為前提的

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搭載任務(wù)會(huì)成為常態(tài)

隨著電子元器件和衛(wèi)星有效載荷技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星的功能也越來(lái)越強(qiáng)大。重量只有幾公斤到幾十公斤的微納衛(wèi)星、甚至更小的皮衛(wèi)星就可以完成很多過(guò)去只有大衛(wèi)星才能完成的任務(wù)。

在這類(lèi)衛(wèi)星中，相當(dāng)一部分都是利用廉價(jià)的商用器件制造而成的，相對(duì)而言，其發(fā)射費(fèi)用就顯得比較昂貴了。因此，這類(lèi)衛(wèi)星也多傾向于采用搭載方式發(fā)射入軌。一般來(lái)說(shuō)，它們對(duì)軌道的類(lèi)型不是很“挑剔”，對(duì)入軌精度的要求也不高。在運(yùn)載火箭完成釋放主載荷后，利用剩余的運(yùn)載能力搭載盡可能多的微納衛(wèi)星入軌，成為近年來(lái)常見(jiàn)的現(xiàn)象。

在這些衛(wèi)星中，立方星成為了一種非常重要和流行的標(biāo)準(zhǔn)星。它們遵循標(biāo)準(zhǔn)的尺寸規(guī)格和機(jī)械、電氣接口。目前，通用的立方星釋放裝置可以做到對(duì)主載荷不產(chǎn)生任何不利的影響和干擾。

長(zhǎng)征八號(hào)新構(gòu)型首飛，同時(shí)創(chuàng)造了我國(guó)“一箭多星”的新紀(jì)錄，這實(shí)在是一件值得驕傲的事！未來(lái)，中國(guó)航天必將會(huì)帶來(lái)更多驚喜，我們拭目以待！

(中國(guó)航天科技集團(tuán)、中國(guó)航天報(bào))