張蕾　桑茜　王冰

2022年2月27日，由中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院（以下簡稱“火箭院”）抓總研制的長征八號遙二運載火箭（以下簡稱“長八遙二”火箭），在中國文昌航天發(fā)射場點火起飛，將22顆衛(wèi)星分別順利送入預定軌道，發(fā)射任務取得圓滿成功，創(chuàng)造了我國一箭多星發(fā)射的最高紀錄。

“本次發(fā)射的22顆衛(wèi)星總計完成12次分離動作，在此過程中，長八火箭宛如跳了一出‘芭蕾’，而22顆星的釋放就如‘天女散花’一般?！被鸺洪L八火箭副總指揮段保成如此比喻道。

怎樣在有限的整流罩空間內(nèi)裝下這么多“乘客”？又如何讓每位“乘客”既坐得舒服，又能安全、準確地下車？讓我們來看看長八火箭團隊給出的高超解決方案吧！

一次將這么多衛(wèi)星安全順利送達目的地，首先要解決“乘客們”在整流罩內(nèi)的布局問題。研制人員充分梳理衛(wèi)星的結構形式和任務需求，創(chuàng)新設計了一款“三層多星分配器”，可以在有限的整流罩空間內(nèi)，為每顆衛(wèi)星安排一個舒適的“座位”，并保證衛(wèi)星在不同方向的分離足夠安全。

“由于每顆衛(wèi)星形狀各異，且有多個衛(wèi)星尺寸較大，所以在最初布局時，我們首先考慮的是如何有效利用整流罩內(nèi)的空間包絡。”據(jù)火箭院長八火箭副主任設計師陳曉飛介紹，“三層式多星分配器”從下到上分別由錐形支架、中心承力筒和圓盤平臺組成。其中，錐形支架搭載2顆衛(wèi)星，中心承力筒搭載14顆衛(wèi)星，圓盤平臺搭載6顆衛(wèi)星，完美將22顆衛(wèi)星裝進整流罩中。

22顆衛(wèi)星，分離時或進入預定軌道飛行時，會不會發(fā)生碰撞？“座椅”有了，要讓這些“乘客”安全準確地“下車”，團隊還要考慮很多問題。

火箭院長八火箭總體副主任設計師于龍強調(diào)，衛(wèi)星到天上后要離開箭體，在此過程中，衛(wèi)星的動力源和解鎖方式會有一些偏差，而不是想象中的靜態(tài)安裝位置在哪里，分離過程中就一定在這個范圍內(nèi)不晃蕩——“某些時候，這些小偏差會使衛(wèi)星之間的距離縮小，威脅到箭體安全”。根據(jù)衛(wèi)星的不同分離機構，研制人員結合實際衛(wèi)星布局位置，對所有的箭體和衛(wèi)星偏差進行多輪仿真計算，讓各個衛(wèi)星在近場分離過程中保留一定的動態(tài)間隙，以保證安全性。

此外，衛(wèi)星數(shù)量越多，分離出去后在軌道飛行時碰撞的風險就越大，遠場分離安全性也是研制人員需要考慮的重點。

“22顆衛(wèi)星加上一個火箭末級，就是23個分離體。為了保證它們彼此之間分離的安全性，我們通過計算分析和長周期仿真、觀察、考核，最終決定采取12次分離動作，將22顆衛(wèi)星逐步分離出去，并通過調(diào)整末級箭體的姿態(tài)和不同衛(wèi)星的分離方向，確保各個衛(wèi)星近遠場安全，讓22顆衛(wèi)星安心‘下車’?！被鸺洪L八火箭軌道設計師李靜琳說。

然而，要對23個分離體兩兩之間的相對距離進行分析，計算量相當大。同時，在火箭調(diào)姿過程中，為滿足天基可見的要求，還要保證調(diào)姿角度不能過大，這給研制人員增加了不小難度。

不過，“逢山開路，遇水架橋”，團隊專門研制了一個多星遠場分析工具。“通過一次仿真，就可以自動完成23個分離體各自的速度、位置計算，以及兩兩之間相對位置的計算，不僅大大提高了計算效率，而且提高了遠場分析的準確性?！崩铎o琳透露。

2020年12月，“長八遙一”火箭成功完成首飛后，并沒有像預想的那樣有大量訂單蜂擁而至，因為很多衛(wèi)星用戶要求火箭要積累兩到三發(fā)以上的成功子樣，才肯放心交付產(chǎn)品。為了保證能夠在商業(yè)市場持續(xù)“發(fā)聲”，長八火箭團隊暗下決心：2021年一定要干出一發(fā)火箭。

目標確定了，任務載荷是什么？沒有現(xiàn)成的任務，就自己去找。以往發(fā)射大的衛(wèi)星，一般投產(chǎn)要2至3年，這次發(fā)射任務時間緊，大的衛(wèi)星來不及研制，團隊便將視線轉移到小衛(wèi)星。

截至2020年年底，國內(nèi)注冊的衛(wèi)星單位有80多家，其中小衛(wèi)星占據(jù)了主要份額，在未來的商業(yè)市場具有很大的潛力。但一次任務如果只打一顆三四百公斤重的小衛(wèi)星，對于長八火箭的能力來說未免太浪費。為此，團隊提出了“共享發(fā)射”的新模式，由多個小衛(wèi)星“拼車”完成任務，既可充分發(fā)揮火箭能力，又能有效滿足市場需求。

大半年時間里，團隊奔波各地，跑了20多家衛(wèi)星單位，把符合發(fā)射條件的衛(wèi)星都篩選了一遍。在充分考慮衛(wèi)星經(jīng)費、研制進度、軌道需求、發(fā)射時間等要求后，最終確定了7家單位的22顆衛(wèi)星。

有了這次“長八遙二”火箭的成功探索，火箭院計劃推進共享發(fā)射的常態(tài)化。“未來，人類進入太空的需求越來越大，空間的基礎設施建設需求越來越大。因此，改變發(fā)射場流程、縮短火箭研制周期迫在眉睫。”火箭院長八火箭總指揮肖耘指出。

目前，長八火箭總裝最快是23天，但總裝后從天津廠房運到發(fā)射場，還需要進行火工品安裝、單元測試等工作，周期仍比較長。在肖耘及團隊成員看來，如果在發(fā)射場旁就近建設總裝測試廠房，把發(fā)射場測試和出廠測試合二為一，火箭總裝、測試后直接就到塔架上準備發(fā)射，就能節(jié)省一系列測試、檢查、轉運的步驟，極大壓縮火箭在發(fā)射場的周期，適應未來市場對長八火箭快速發(fā)射的需求。

據(jù)悉，海南總裝測試廠房已經(jīng)開始施工建設，發(fā)射工位也正在論證過程中?！皩脮r，7天就能實現(xiàn)一次長八火箭發(fā)射，一年可發(fā)射50發(fā)?！毙ぴ磐嘎?。