常常听到发射指挥大厅里
指挥员说出：“一二级分离、星箭分离”
等一系列口令
“星箭分离”时
火箭在分别的最后一刻
其实也是操碎了心
今天我们就来讲讲这里面的门道
火箭作为运输航天器的工具 ， 在将航天器送入预定轨道后 ， 火箭末级会与航天器分离 ， 这个过程有大家都很熟悉的叫法：“器箭分离”“星箭分离”等等 ， 为了方便 ， 我们接下来的文章中 ， 就都说“星箭分离” 。
不论是卫星还是其他航天器 ， 内部都是由非常精密的电子元器件构成的 ， 火箭末级不仅仅要将它们送到预定轨道 ， 还要给卫星摆好姿势 。 要知道 ， 在宇宙的失重环境里 ， “姿势”真的很重要 ， 我们称这个阶段为“末修调姿段” 。
中国运载火箭技术研究院北京航天自动控制研究所的火箭设计师张舒介绍 ， 火箭末级朝着哪个方向转、偏转多少度等 ， 都是为了给卫星接下来的“旅途”铺路 ， 让卫星在一个良好的状态下顺利开始工作 。
比如 ， 太阳能帆板要朝向太阳 ， 保证电池快速激活；卫星的通讯天线要指向地球或天基、地基等通讯系统 ， 让刚醒来的卫星能快速知道“我在哪里 ， 我要干啥”；在分离时将卫星推向轨道 ， 确保它能进入正确飞行轨道 ， 尽快“步入正轨” 。
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那么火箭末级要摆出怎样的姿态
才能让卫星精确入轨呢？
这要根据卫星当时的方位
角度和轨道来进行调姿
一般来说
星箭分离的方式主要有三种
01
弹射式分离——“倒立”
有些火箭末级在与卫星分离前 ， 需要把姿态调整成“倒立”状 ， 然后再将卫星弹射到预定轨道 。 这种方式一般由压缩螺旋弹簧、弹射器和气动作动器等结构完成 ， 无污染且可靠性高 。 比如我们大部分北斗卫星就是采用了这种分离方案 。
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北斗三号星箭分离动图
02
制动式分离——“翻跟头”
这种分离方式是由末级辅助反推力火箭或利用推进剂贮箱排出的增压气体产生反推力 ， 让末级火箭制动 。 就像是火箭末级在分离后的第一时间用体内仅剩的一点燃料气体 ， 让自己 “翻了个跟头 ， 掉头就跑” 。 为什么呢？这样在分离过程中 ， 卫星就不会产生扰动运动 ， 也是为了最大程度降低与卫星相撞的风险 。
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长五星箭分离动图03
旋转式分离——“转圈圈”
早期的火箭发射时 ， 为了让卫星更好的工作 ， 火箭末级会给卫星一个转速 ， 还会带着卫星转圈圈 。 这是因为 ， 自旋是卫星本身比较常见的一种姿态控制方法 ， 整个卫星会像个大陀螺一样旋转起来 ， 方便卫星的天线找准位置 ， 所以在星箭分离时就需要卫星先开转 。
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“东方红一号”星箭分离动图
说完了操作方法 ， 你会不会担心末级在任务的最后阶段还要完成这么多操作 ， 火箭还有力气么？是不是需要我们远程帮忙操控呢？
其实火箭和卫星冲出大气层后 ， 本身的动能已经足够维持在轨的高度和速度 ， 不需要再克服引力的作用 。
火箭的末级只需100多牛的推力就可完成姿态控制 ， 大约相当于在地球上拎起25斤左右的物体 。 在这个过程中 ， 火箭仪器舱上的惯性器件 ， 会根据火箭的速度、加速度以及当前的姿态 ， 与星箭分离点的环境对比 ， 形成一个控制量 ， 控制量再分解成喷管的控制指令 ， 控制姿控喷管的开关 ， 达到最终姿态调整的目的 ， 使卫星在一个最佳角度上释放 ， 并开始完成后续的旅程 ， 是完全不需要地面人员进行任何干预的 。
【通信卫星|论“星箭分离”时火箭的自我修养】
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