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卫星|一箭22星！中国航天打破历史纪录

“5、4、3、2、1！点火！”2月27日11时许 ， 文昌航天发射场 ， 伴随着震耳欲聋的轰鸣声 ， 金黄色的烈焰从火箭底部喷涌而出 ， 长征八号火箭托举着22颗卫星腾空而起 ， 创造了我国“一箭多星”即单次发射卫星数量最多的纪录 。
“祖国万岁”“长八加油”……发射场沸腾了！文昌沸腾了！发射场外围的观看场地上人山人海 ， 人们挥舞着手中的五星红旗 ， 爆发出此起彼伏的欢呼声 ， 相机的快门声响个不停 。
这次发射 ， 是长征八号火箭不带助推器的新构型首战 ， 也是今年西昌卫星发射中心的开局之战 ， 更是文昌发射场的商业航天首战 。 西昌卫星发射中心相关负责人表示：“此次发射成功 ， 商业应用示范效应显著 ， 成功开辟了我国商业航天通往太空更加宽广的天梯 。 ”
“一箭多星”极大压减发射成本 意义重大
所谓“一箭多星” ， 是指一枚运载火箭同时或先后将多枚卫星送入预定轨道的技术 。 与传统的单星发射相比 ， 能够更充分地利用火箭运载能力 ， 提高发射效率 ， 降低发射成本 。
不过 ， 这种发射技术很难 ， 目前世界上只有少数国家掌握 。 这些年 ， 美国SpaceX公司用猎鹰九号火箭多次“一箭数十星”地发射部署星链卫星星座 ， 其单次卫星发射数量令国人震惊 ， 同时人们也期盼着我国能够早日实现这一目标 。
2015年 ， 我国长征六号运载火箭在首飞任务中 ， 成功将20颗卫星送入太空 ， 创造了当时我国“一箭多星”纪录 。 如今 ， 中国航天人再次创造奇迹 ， “一箭22星”刷新中国“一箭多星”的最高纪录 。
此次发射的长征八号火箭 ， 由中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院抓总研制 。 2020年12月 ， 长征八号遥一火箭成功发射 ， 填补了我国太阳同步轨道运载能力3-4.5吨的能力空白 ， 可以承担80%以上的中低轨发射任务 。 长征八号遥二火箭此次发射 ， 是新一代运载火箭2022年的首次飞行 。
长征八号火箭副主任设计师陈晓飞介绍说 ， 与遥一火箭相比 ， 长征八号遥二火箭外形上最大的区别就是取消了两个助推器 。
“自成功首飞到遥二火箭完成总装总测、具备出厂条件 ， 研制团队仅仅用了1年时间 ， 这要归功于火箭所采用的模块化、组合化设计思路 。 ”陈晓飞说 ， 早在研制伊始 ， 设计人员就充分兼顾了火箭不带助推器的状态 ， 并将其纳入遥一火箭的考核包络中 。 此次发射意义重大 ， 影响深远 ， 极大压减了发射成本 ， 商业应用示范效应显著 。
火箭跳“芭蕾” 卫星释放如“天女散花”
长征八号运载火箭副总指挥段保成说：“一次要将22颗卫星安全顺利送达目的地 ， 可以说星箭分离中长征八号火箭宛如跳了一出‘芭蕾’ ， 最终22颗星的释放就如‘天女散花’一般 。 ”
他告诉采访人员 ， 研制人员首先要解决“乘客”在整流罩内的布局问题 ， 梳理卫星的结构形式、任务需求 ， 创新设计了一款3层多星分配器 ， 能在有限的整流罩空间内 ， 为每颗卫星安排舒适的“座位” 。 之后 ， 在试验过程中对卫星的安装操作顺序及布局位置进行了调整 ， 确保卫星从“上车”到“下车”全过程安全 。
这22颗卫星 ， 分离时会不会发生碰撞 ， 进入预定轨道飞行时会不会发生碰撞？
长征八号运载火箭总体副主任设计师于龙介绍 ， 卫星到天上后要离开箭体 ， 在这个过程中 ， 卫星的动力源和解锁方式会有一些偏差 ， 不是想象中的静态安装位置在哪里 ， 分离过程中就一定在这个范围内不晃荡 ， “某些时候 ， 这些小偏差会使得卫星与卫星之间距离缩小 ， 威胁到箭体的安全” 。
根据卫星的不同分离机构 ， 设计团队结合实际卫星布局位置 ， 对所有的箭体和卫星偏差进行多轮仿真计算 ， 让各卫星之间保留一定的近场分离过程中的动态间隙 ， 保障近场分离安全性 。
“卫星数量越多 ， 分离出去后在轨道飞行碰撞的风险就越大 ， 远场分离安全性也是设计人员需要考虑的重点 。 ”长征八号运载火箭轨道设计师李静琳说 ， 分离速度、分离方向、分离顺序是影响卫星后续运动轨迹的关键因素 。 但在卫星数量如此之多的情况下 ， 要将22颗卫星错开 ， 避免两两卫星之间干扰 ， 对设计人员来说是个不小的挑战 。
李静琳说 ， 设计团队计算分析每颗卫星运行的轨道参数 ， 最终采取了12次分离动作 ， 依次将22颗卫星逐步分离出去 ， 并通过不断调整末级箭体的姿态 ， 实现不同卫星的分离方向调整 ， 确保各个卫星近远场安全 ， 让22颗卫星安心“下车” 。
开启共享火箭“拼车”新模式
长征八号遥二火箭同时还是一发“共享火箭” ， 其搭载发射的22颗卫星 ， 分别来自7家研制单位 。 长征八号运载火箭总指挥肖耘形象地称这种全新共享模式为“拼车方案” ， 为用户提供经济实惠的发射服务 ， 门槛大大降低了 。
【卫星|一箭22星！中国航天打破历史纪录】他告诉采访人员 ， 由于是共享发射 ， 需对接多家用户单位 ， 协调工作成倍增加 。 面对研制过程中用户迭代更新、方案反复等困难 ， 研制团队持续开展方案调整、可行性与安全性分析 。
“未来 ， 人类进入太空的需求越来越大 ， 空间的基础设施建设需求越来越大 ， 因此改变发射场流程、缩短火箭研制周期迫在眉睫 。 ”肖耘说 。
现在 ， 长征八号火箭总装最快是23天 ， 但总装后从天津厂房运到发射场 ， 还需要进行火工品安装、单元测试等工作 ， 周期长 。 肖耘说 ， 如果在发射场旁就近建设总装测试厂房 ， 把发射场测试和出厂测试合二为一 ， 火箭总装、测试后直接就到塔架上准备发射 ， 能够节省一系列测试、检查、转运的步骤 ， 极大压缩火箭在发射场的周期 ， 适应未来市场对长征八号火箭快速发射的需求 。
据他透露 ， 经过长征八号火箭团队的努力 ， 目前 ， 海南总装测试厂房已经开始施工建设 ， 发射工位也正在论证过程中 。 届时 ， 有望7天实现一次长征八号火箭发射 ， 一年或将发射50枚火箭 。
“这支队伍非常有韧劲 ， 有战斗力 ， 有一往无前的精神 ， 碰到任何困难都能积极应对 。 ”肖耘说 ， 从2020年12月首飞至今 ， 长征八号火箭团队用14个月的时间 ， 在充满未知风险和挑战的路上披荆斩棘 ， 让大家看到了中国航天未来可期 。
中青报·中青网采访人员 邱晨辉

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