光明日报记者 张蕾 光明日报通讯员 桑茜 王冰
2022年2月27日，由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院（以下简称“火箭院”）抓总研制的长征八号遥二运载火箭（以下简称“长八遥二”火箭），在中国文昌航天发射场点火起飞，将22颗卫星分别顺利送入预定轨道，发射任务取得圆满成功，创造了我国一箭多星发射的最高纪录。
“本次发射的22颗卫星总计完成12次分离动作，在此过程中，长八火箭宛如跳了一出‘芭蕾’，而22颗星的释放就如‘天女散花’一般。”火箭院长八火箭副总指挥段保成如此比喻道。
怎样在有限的整流罩空间内装下这么多“乘客”？又如何让每位“乘客”既坐得舒服，又能安全、准确地下车？让我们来看看长八火箭团队给出的高超解决方案吧！
为每颗卫星安排舒适的“座位”
一次将这么多卫星安全顺利送达目的地，首先要解决“乘客们”在整流罩内的布局问题。研制人员充分梳理卫星的结构形式和任务需求，创新设计了一款“三层多星分配器”，可以在有限的整流罩空间内，为每颗卫星安排一个舒适的“座位”，并保证卫星在不同方向的分离足够安全。
长征八号遥二运载火箭发射现场。屠海超摄/光明图片
“由于每颗卫星形状各异，且有多个卫星尺寸较大，所以在最初布局时，我们首先考虑的是如何有效利用整流罩内的空间包络。”据火箭院长八火箭副主任设计师陈晓飞介绍，“三层式多星分配器”从下到上分别由锥形支架、中心承力筒和圆盘平台组成。其中，锥形支架搭载2颗卫星，中心承力筒搭载14颗卫星，圆盘平台搭载6颗卫星，完美将22颗卫星装进整流罩中。
分批次“下车”更安全
22颗卫星，分离时或进入预定轨道飞行时，会不会发生碰撞？“座椅”有了，要让这些“乘客”安全准确地“下车”，团队还要考虑很多问题。
火箭院长八火箭总体副主任设计师于龙强调，卫星到天上后要离开箭体，在此过程中，卫星的动力源和解锁方式会有一些偏差，而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，这些小偏差会使卫星之间的距离缩小，威胁到箭体安全”。根据卫星的不同分离机构，研制人员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，让各个卫星在近场分离过程中保留一定的动态间隙，以保证安全性。
此外，卫星数量越多，分离出去后在轨道飞行时碰撞的风险就越大，远场分离安全性也是研制人员需要考虑的重点。
“22颗卫星加上一个火箭末级，就是23个分离体。为了保证它们彼此之间分离的安全性，我们通过计算分析和长周期仿真、观察、考核，最终决定采取12次分离动作，将22颗卫星逐步分离出去，并通过调整末级箭体的姿态和不同卫星的分离方向，确保各个卫星近远场安全，让22颗卫星安心‘下车’。”火箭院长八火箭轨道设计师李静琳说。
然而，要对23个分离体两两之间的相对距离进行分析，计算量相当大。同时，在火箭调姿过程中，为满足天基可见的要求，还要保证调姿角度不能过大，这给研制人员增加了不小难度。
不过，“逢山开路，遇水架桥”，团队专门研制了一个多星远场分析工具。“通过一次仿真，就可以自动完成23个分离体各自的速度、位置计算，以及两两之间相对位置的计算，不仅大大提高了计算效率，而且提高了远场分析的准确性。”李静琳透露。
共享火箭“拼车”新模式
2020年12月，“长八遥一”火箭成功完成首飞后，并没有像预想的那样有大量订单蜂拥而至，因为很多卫星用户要求火箭要积累两到三发以上的成功子样，才肯放心交付产品。为了保证能够在商业市场持续“发声”，长八火箭团队暗下决心：2021年一定要干出一发火箭。
目标确定了，任务载荷是什么？没有现成的任务，就自己去找。以往发射大的卫星，一般投产要2至3年，这次发射任务时间紧，大的卫星来不及研制，团队便将视线转移到小卫星。
截至2020年年底，国内注册的卫星单位有80多家，其中小卫星占据了主要份额，在未来的商业市场具有很大的潜力。但一次任务如果只打一颗三四百公斤重的小卫星，对于长八火箭的能力来说未免太浪费。为此，团队提出了“共享发射”的新模式，由多个小卫星“拼车”完成任务，既可充分发挥火箭能力，又能有效满足市场需求。
大半年时间里，团队奔波各地，跑了20多家卫星单位，把符合发射条件的卫星都筛选了一遍。在充分考虑卫星经费、研制进度、轨道需求、发射时间等要求后，最终确定了7家单位的22颗卫星。
有了这次“长八遥二”火箭的成功探索，火箭院计划推进共享发射的常态化。“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。”火箭院长八火箭总指挥肖耘指出。
目前，长八火箭总装最快是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，周期仍比较长。在肖耘及团队成员看来，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，就能节省一系列测试、检查、转运的步骤，极大压缩火箭在发射场的周期，适应未来市场对长八火箭快速发射的需求。
据悉，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，7天就能实现一次长八火箭发射，一年可发射50发。”肖耘透露。
（光明日报北京2月27日电）
《光明日报》（ 2022年02月28日08版）
来源： 光明网-《光明日报》
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