“織女星”的發射及持續改進

文/松堂

織女星發射基地位于法屬圭亞那的庫魯航天中心，包括支持運載火箭系統的存儲、集成、檢查和點火以及發射活動、衛星處理廠房和落區安全，火箭跟蹤和飛行數據采集站。值得一提的是，織女星火箭的發射臺是在上世紀80年代用于第一批阿里安火箭的發射臺原址重建的，并復用了現有基礎設施的一部分。

▲ 集成完成的織女星c火箭

在庫魯基地的裝配

“織女星”的火箭本體、火箭整流罩和有效載荷適配器在歐洲制造并運輸到庫魯航天中心，然后再轉移到衛星處理廠房與有效載荷和有效載荷集成廠房組件集成。

“織女星”分成四段運往發射臺，第一段包括A1A，由0-1級間段、P80發動機及其矢量推力控制單元。第二段包括A1B、A2、A3、A4。A1B也就是1-2級間段，A2包括西風23發動機及其矢量推力控制單元；A3是2-3級間段；A4包括3-4級間、上面級。第三段是上面級的燃料，需要在歐洲組裝和驗收，然后運往庫魯航天中心，存儲在專用設施中。第四段是整流罩和星箭適配器。

“織女星”發射活動始于將A1A從集成大樓轉移到織女星發射區，放置在發射臺上。包括矢量推力控制性能測試在內的A1A最終驗收直接在移動式塔架內進行。

通過移動式塔架行車將A1B、A2、A3、A4集成到A1A上后，進行火箭的整體電氣檢查，然后進行A4流體系統的功能和泄漏檢查。這些過程的成功，標志著火箭集成階段結束，火箭總體交付給發射運營部門。

然后，首先將有效載荷與火箭適配器集成，封裝在整流罩內，用運輸拖車轉移到“織女星”發射區，集成到火箭上。之后給AVUM上面級的燃料儲罐加注燃料，來源當然是從歐洲運來的地面儲罐。發射活動的最后部分包括測試火箭與發射基地跟蹤系統的通信、信標及飛行程序，最后點火升空。

首飛后的主要改進

在首飛成功后，歐空局實施了研究和技術伴奏計劃（VERTA）和開發伴奏計劃（LEAP），以支持“織女星”走向商業市場。這些計劃的主要目的，是通過優化歐洲的生產活動和發射活動，來改進運營理念，提高效率并降低整個系統生命周期的成本。

▲ 上面級組合到位

第二項任務是開發雙星發射能力，火箭在整流罩內攜帶一上一下兩個載荷。這就需要開發新的適配器，并且開發準備和集成相關的操作流程（主要涉及衛星處理廠房和特定的操作）、工具。此外，由于供應商變更，要對新的飛行程序軟件進行驗證。

單個有效載荷的發射活動標準周期從47個工作日減少到39個工作日，主要是通過優化操作順序和不同技術團隊的參與時間，以及最大限度地提高在歐洲的工作量比例，減少在發射場集成的時間。最重要的修改之一，是首先執行所有組件的機械集成，然后執行整個火箭電氣檢查序列，而最初每個級段的電氣驗證是在相關組件集成后立即執行的。

用于運輸有效載荷集成廠房的拖車進行了改裝，改裝了和歐洲版聯盟火箭相同的設備。新拖車上的有效載荷可以享受到空調，而在原來的“織女星”拖車上沒有，因為這種拖車原來是給“阿里安4”服務的。這樣，“織女星”團隊就可以在白天的強烈日照下，把有效載荷從衛星處理廠房轉移到發射場。從前這項工作只能在夜間進行。這項改進優化了操作的整體周期，并在運輸過程中為有效載荷提供了更好的環境.

▲ “西風9”與二級火箭結合

▲ “西風40”從港口前往發射中心

在法屬圭亞那開發并部署了一個專用移動跟蹤站，位于發射臺的西北部或東南部，具體取決于運載火箭的軌跡，為雷達、遙測和指揮射頻鏈路提供持續連接。該站擁有一個專用的2.4米遙測天線、一個C波段跟蹤雷達和一個中繼指揮站。庫魯航天中心有專用的冗余電信手段、供電庇護所和安全基礎設施可用性、安全性和安保要求。因此該移動站由法國航天局國家空間研究中心在分包商和合作伙伴的支持下維護和運營。

發射場的操作規程根據織女星運載火箭倒計時時間線進行了微調。包括天氣預報要求、接口檢查和裝運管理程序。

在庫魯主跟蹤站安裝了第三個專用寬瓣遙測天線，以便為近距離飛行提供額外的冗余。

激活了新的或以前很少使用的遙測近距離跟蹤站站點，并在一定程度上進行了升級，以提供對“織女星”太陽同步軌道的全面覆蓋。其中包括百慕大、圣休伯特、薩斯卡通、濟州、勒克瑙和阿麗亞娜海軍基地。

為了“織女星C”的持續改進

VERTA計劃在第6次“織女星”飛行后已經結束，由商業公司來組織發射活動。但LEAP計劃還在繼續實施，努力提高效率并降低成本。

LEAP的一項改進包括修改發射場設備，以改善起飛時有效載荷上的聲學環境。在起飛階段，整流罩內測得的聲級在一定頻率范圍內高于設計值。在美國宇航局的幫助下，歐空局對發射環境進行測量，發現發射臺周圍的開口和噴射排氣管道是主要噪音來源，并且作了改進。

此前通過手動執行的一些操作，改為完全或部分自動化，以減少操作的時間并優化人力資源的使用。此外，還對移動塔架內的設備進行了一些修改。

把推力矢量控制系統、電氣系統、上面級流體系統的測試完全自動化，從而減少測試時間。

有一項重要的改進，是考慮使用傳輸數據中繼衛星系統(TDRSS)。“織女星”的一部分遙測站是固定的，主要用于測控赤道附近的飛行任務。但對于其他類型的任務，例如太陽同步軌道，必須使用昂貴的移動遙測地面站，即使如此，也存在一批遙測盲區。為了消除盲區，往往要修改“織女星”的彈道，這種修改通常會導致性能損失，從而導致理論載荷能力的減少。所有這些原因，都促使人們把“織女星”的傳統遙測系統向TDRSS空間網絡轉移。這項改進主要考慮到空間網絡的特性，包括考慮赤道和極地任務的傾角范圍、空間網絡視場，傳輸數據速率、要使用的TDRSS服務的選擇、調制和編碼。

▲ “西風40”抵達發射臺

▲ “西風40”即將與一級火箭結合

“織女星c”與當前織女星運載火箭使用相同的發射臺。這意味著，為了允許兩個發射系統之間的平穩過渡，地面系統一方面要進行修改以符合新的運載火箭配置，另一方面要保持兼容“織女星”，最大限度地減少同時進行發射時的影響。

地面系統修改的主要困難在移動塔架內，要盡量利用現有塔架，避免完全重建。例如，改造用于運輸第一級的發射臺元件，提高支撐能力；改進用于提升第二級的移動式起重機，提高應對不同高度潛在危險低壓元件的系統安全性，對控制臺進行修改以應對低壓航空電子設備的升級等。

▲整流罩與載荷結合現場

▲一級火箭運往發射臺