中國的“一箭多星"有多牛

李楚萱 李云龍

“一箭多星”，就是用一枚運(yùn)載火箭同時(shí)或先后將多顆衛(wèi)星送入地球軌道。與傳統(tǒng)的單星發(fā)射相比，“一箭多星”是一種優(yōu)越的發(fā)射方式，它能充分利用火箭的運(yùn)載能力，既提高發(fā)射效率，又能降低衛(wèi)星發(fā)射成本。通俗點(diǎn)說，就是少花錢，多辦事，一次送更多的衛(wèi)星上天。

近一年多時(shí)間，中國航天在“一箭多星”技術(shù)上捷報(bào)頻傳：2022年2月27日，完成一箭22星發(fā)射；2023年6月7日，完成一箭26星發(fā)射；6月15日，太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射一枚火箭將41顆衛(wèi)星準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道，創(chuàng)造了我國一次發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量的新紀(jì)錄。

“一箭多星”很牛嗎

有人不禁要問：“'一箭多星'很牛嗎？"不錯(cuò)，"一箭多星”確實(shí)很牛。

一枚火箭搭載多顆衛(wèi)星，不僅僅是增加搭載衛(wèi)星數(shù)量那么簡單，更重要的是將它們?nèi)克腿腩A(yù)定軌道。衛(wèi)星之間存在著差異，而用同一枚火箭滿足多顆衛(wèi)星的不同要求，這自然是非常牛的事情。

“一箭多星”的發(fā)射常用兩種方式。

第一種方式是把幾顆衛(wèi)星一次送入同一個(gè)軌道或幾乎相同的軌道上。

第二種方式是分次分批釋放衛(wèi)星，使每一顆衛(wèi)星分別進(jìn)入不同軌道，也就是說，運(yùn)載火箭達(dá)到某一預(yù)定軌道速度時(shí)，先釋放第一顆衛(wèi)星進(jìn)入第一種軌道運(yùn)行，然后火箭繼續(xù)飛行，達(dá)到另一種預(yù)定軌道速度時(shí)釋放第二顆衛(wèi)星，依此類推，逐個(gè)把衛(wèi)星送入各自預(yù)定的運(yùn)行軌道。

實(shí)現(xiàn)“一箭多星”需要許多技術(shù)。

首先要提高火箭的運(yùn)載能力，以便把更多的衛(wèi)星送入軌道。

其次要保證火箭的穩(wěn)定性。要知道一枚火箭搭載多顆衛(wèi)星時(shí)，它的結(jié)構(gòu)角度和重心分布都會(huì)發(fā)生變化，需要周密計(jì)算，稍有偏差就可能全部失敗。

第三要掌握“星箭分離”技術(shù)，除了要“分得出去”，還要“送得精準(zhǔn)”。將衛(wèi)星從艙里分離出來，既不能相互碰撞，又要選擇最佳飛行路線以及確定最佳的分離時(shí)刻，這樣才能確保它們在各自軌道上正常運(yùn)行。

從技術(shù)上說，一枚運(yùn)載火箭發(fā)射多種

軌道的衛(wèi)星非常復(fù)雜。

將多顆衛(wèi)星送入不同軌道，需要借助上面級，俗稱太空擺渡車。上面級是在火箭上增加的一級獨(dú)立飛行器，被火箭運(yùn)送到一定軌道后能自主飛行、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。近年來，我國成功研發(fā)出“遠(yuǎn)征”系列上面級。目前，“遠(yuǎn)征”系列上面級具備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，已在多種航天發(fā)射任務(wù)中大顯身手。

以一箭41星為例。要想一次性將41顆衛(wèi)星順利送入軌道，必須解決衛(wèi)星在整流罩內(nèi)的布局問題。衛(wèi)星的“座椅”由多星適配器和下方錐形支承艙組成。科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、任務(wù)需求，將4米高的多星適配器分成上下兩個(gè)中心承力筒，將38顆衛(wèi)星繞中心承力筒壁掛安置，又在支承艙上開辟出3個(gè)側(cè)壁式“專座”，安置另外3顆衛(wèi)星，這樣41顆衛(wèi)星就都有了安全舒適的位置。

數(shù)量越多，衛(wèi)星分離出去碰撞的風(fēng)險(xiǎn)就越大。為了避免碰撞，科研團(tuán)隊(duì)將38顆衛(wèi)星分為6組，另外3顆衛(wèi)星作為第7組。衛(wèi)星按組依次分離。此外，火箭上還配套了10個(gè)反推火箭，開啟后能夠合理拉開每組衛(wèi)星之間的距離。

掌握“一箭多星”發(fā)射技術(shù)，代表了一個(gè)國家航天水平的突破。截至目前，只有中國、俄羅斯、美國、印度、日本，以及歐洲航天局掌握這個(gè)技術(shù)。

“一箭多星”越多越牛嗎

有人又問：“是不是一箭發(fā)射的衛(wèi)星越多，越能證明該國航天技術(shù)厲害？ ”

那倒不一定。

“一箭多星”發(fā)射水平，主要取決于火箭的運(yùn)載能力、發(fā)動(dòng)機(jī)的推力、星箭分離技術(shù)，以及多制導(dǎo)多彈頭技術(shù)，其中，火箭的運(yùn)載能力和發(fā)動(dòng)機(jī)推力是核心因素，代表著航天技術(shù)的真實(shí)水平。

1960年，美國首次用一枚火箭發(fā)射了兩顆衛(wèi)星。1981年9月，中國使用“風(fēng)暴” 一號運(yùn)載火箭將3顆“實(shí)踐”二號衛(wèi)星送入地球軌道。當(dāng)下，多國在這個(gè)領(lǐng)域展開激烈競爭，搭載衛(wèi)星數(shù)量也不斷上升。2014年，俄羅斯創(chuàng)造了1箭37星的世界紀(jì)錄；2017年2月，印度用一箭搭載104顆衛(wèi)星，轟動(dòng)一時(shí)。

其實(shí)，印度這104顆衛(wèi)星對軌道高度要求不高，體積也都不大。其中的主星“制圖-2D”超過70阡克，2顆小衛(wèi)星重19千克，另外101顆微衛(wèi)星單顆不超過10千克，最小的只有1千克。這次發(fā)射被國外媒體描述為“在太空撒土豆”。

2021年1月，美國太空探索技術(shù)公司的“獵鷹”9號火箭將143顆衛(wèi)星送入太空，創(chuàng)下迄今為止單次發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量的世界紀(jì)錄。

“一箭多星”的技術(shù)核心，在于多星的軌道設(shè)定以及軌道高度，通俗來說，單一軌道設(shè)定簡單，多軌道設(shè)計(jì)要復(fù)雜得多，真正的技術(shù)考驗(yàn)是多軌道多星發(fā)射。所以說，單純比較衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量，沒什么實(shí)際意義。

“一箭多星”前景廣闊

人造衛(wèi)星按用途主要分為通信、導(dǎo)航和遙感三類。全球在軌衛(wèi)星中超過一半是通信衛(wèi)星，但在商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域，遙感衛(wèi)星的數(shù)量明顯占優(yōu)。這是因?yàn)檫b感衛(wèi)星體積和質(zhì)量小，發(fā)射難度低，但是相對功能更加專業(yè)，市場需求旺盛，能夠在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通，以及氣象等方面發(fā)揮作用。

對于競爭激烈的商業(yè)航天市場，成本是必須考慮的重要因素。著力開發(fā)小型衛(wèi)星，“一箭多星”'回收火箭等發(fā)射方式，都是經(jīng)濟(jì)合算的選擇。

還是以印度104顆衛(wèi)星為例，除了3顆主要的衛(wèi)星，其余101顆衛(wèi)星都是私人航天公司或者高校制造的，這足以說明世界商業(yè)航天的火爆程度。

近年來，中國“一箭多星”發(fā)射已向常態(tài)化發(fā)展。近幾次“一箭多星”發(fā)射任務(wù)的成功，也讓我國商業(yè)運(yùn)載火箭航班化發(fā)射更進(jìn)了一步。

“一箭多星”前景廣闊啊！