長八實現衛星安全“拼車”

    長征八號遙二運載火箭二十七日以“一箭二十二星”方式，成功將二十二顆衛星送入預定軌道，創造了中國一箭發射衛星數量之最。

    如何能在有限的整流罩空間裡，裝下這麼多位“乘客”？如何讓每位“乘客”坐得舒服，又能安全、準確下車？長征八號火箭設計團隊採用了全新的“三層式多星分配器”結構，並對衛星分離安全性進行了充分設計。

    三層“座椅”載“客”

    據中新社報道，長征八號遙二運載火箭整流罩直徑為四點二米，在有限的空間內，要實現一箭發射二十二顆衛星，第一步是要把這些衛星合理佈局在整流罩裡。

    中國航天科技集團一院長征八號運載火箭副主任設計師陳曉飛介紹說，一箭發射二十二顆衛星在國內未曾有過。由於每顆衛星形狀各異，且有多個衛星尺寸較大，所以設計團隊在最開始進行佈局的時候，首先考慮如何有效利用整流罩內空間包絡。

    結合任務需求，設計團隊對傳統的衛星結構進行梳理，最後設計出新的“三層式多星分配器”，為“乘客”提供三層“座椅”。“三層式多星分配器”從下到上分別由錐形支架、中心承力筒和圓盤平台組成。

    其中，錐形支架搭載兩顆衛星，中心承力筒搭載十四顆衛星，圓盤平台搭載六顆衛星，完美將二十二顆衛星裝進整流罩中。

    雖然是全新結構，但其中也有一些熟悉的“面孔”。一院長征八號運載火箭總體副主任設計師于龍指出，多星分配器最下層的錐形支架沿用了長征八號遙一運載火箭的結構；中心承力筒也是成熟的結構，能夠盡可能利用整流罩的空間，在側壁多掛衛星。

    “對於一些直徑較大、不適合側掛的衛星，設計團隊則在中心承力筒上方新設計了一個圓盤平台，讓大直徑衛星安裝操作更簡潔，分離方向上也沒有其他衛星去干涉。”于龍說。

    分批“下車”更安全

    這二十二顆衛星分離時以及進入預定軌道飛行時會不會發生碰撞？“座椅”有了，衛星順利裝進了整流罩，但如何讓這些“乘客”能夠安全準確“下車”？

    首先要考慮的是衛星近場分離安全性。于龍介紹說，衛星到天上後要離開箭體，在這個過程中，衛星的動力源和解鎖方式會有一些偏差，不是想像中的靜態安裝位置在哪裡，分離過程中就一定在這個範圍內不晃蕩。某些時候這些小偏差會使得衛星與衛星之間距離縮小，威脅到箭體安全。

    根據衛星的不同分離機構，設計團隊結合實際衛星佈局位置，對所有的箭體和衛星偏差進行多輪仿真計算，讓各衛星之間保留一定的近場分離過程中的動態間隙，保證近場分離安全性。

    衛星數量越多，分離出去後在軌道飛行碰撞的風險就越大，因此，遠場分離安全性也是設計人員需要考慮的重點。一院長征八號運載火箭軌道設計師李靜琳指出，分離速度、分離方向、分離順序是影響衛星後續運動軌跡的關鍵因素。但在這次衛星數量如此之多的情況下，要在有限的外界分離軌道將二十二顆衛星錯開，避免衛星之間互相干涉，對設計人員來說是個不小的挑戰。

    “可以說星箭分離中長八遙二火箭宛如跳了一齣‘芭蕾’，最終二十二顆星的釋放就如‘天女散花’一般。”一院長征八號運載火箭副總指揮段保成說。

    二十二顆衛星加上一個火箭末級就是二十三個分離體，為了保證彼此之間分離的安全性，設計團隊計算分析每一顆衛星運行的軌道參數，對二十三個分離體兩兩之間的相對距離進行長周期的仿真、觀察和考核，並根據衛星佈局，設計分離方案，最終採取了十二次分離動作，依次將二十二顆衛星逐步分離出去，並通過不斷調整末級箭體的姿態，實現不同衛星的分離方向調整，確保各個衛星近遠場安全，讓二十二顆衛星安心“下車”。