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印度一箭104 星,到底难不难
来源:中国航天报·飞天科普周刊     日期:2017年02月24日    字体:【】【】【

2月15日,印度使用极轨卫星运载火箭发射了104颗卫星,创造了一箭多星发射的世界纪录。那么这次发射到底是不是一次代表高难度、高技术水平的航天发射呢?

要求迥异的一箭多星

印度本次使用的PSLV 火箭,是现役两款主要运载火箭中能力较小的一款,620公里太阳同步轨道的运载能力仅为1.75吨。另一款是GSLV 火箭,具备2.5 吨的地球同步转移轨道运载能力。而目前正在开发的GSLV MkIII火箭将具备4 吨的地球同步轨道运载能力,这与中国、日本这样的亚洲国家相比,依然存在不小的差距。

在这次发射的104颗卫星中,主载荷是重量714 公斤的本国遥感卫星。来自印度的还有两颗重量分别为8.4公斤和9.7 公斤的纳卫星,其他101 颗卫星分别来自美国、以色列、哈萨克斯坦、瑞士、阿联酋和荷兰等国家,最大重量也不超过4.7公斤。

和五花八门的卫星相比,运载火箭的品种就单调得多。虽然同一系列的运载火箭可通过配置不同的上面级,以及使用不同数量的助推器来实现最接近任务需求的运载能力,但总体来说可以调整的范围很有限。在完成主任务后,火箭的运载能力或多或少会有些富余,这就为搭载服务创造了技术条件。

运载火箭发射多颗卫星的要求分为两大类:一类是将所有载荷发射到同一条轨道;另一类是分别将不同的卫星发射到各自的轨道。这两类发射对于运载火箭的要求是不同的。第一类发射任务是在运载火箭的末子级关机后,只需要将所承载的载荷依次释放出来即可。这其中,需要考虑的主要问题是避免各个载荷释放后出现碰撞的问题。这个问题其实不难解决,只要在释放卫星时,速度稍有差异,或者释放的时间稍有不同,各个卫星一般来说就会越“飘”越远,由于释放时的相对速度并不大,即使碰撞也不会产生大量碎片。

对于将多颗卫星发射到不同轨道的方式,就要求运载火箭在进入初始道后,还要具备变轨的能力,这就不是常规的运载火箭可以做到的了。

主载荷必须照顾周全

一般来说,运载火箭每次发射任务都会有主载荷。主载荷可以是一颗卫星,也可以是多颗卫星,但一般数量不会太多。每次运载火箭发射任务,基本上都是围绕主载荷进行的,也就是目标轨道、发射窗口等基本上都是依据主载荷的要求来确定。搭载载荷只能确认是否可以在这样的轨道上工作,才能决定是否搭载。

相对于搭载载荷而言,主载荷对发射的要求一般也更为复杂。在发射前,一般要求主载荷在发射塔架上进行很多测试,从发射塔架到控制中心一般也会保证要有有线或无线的测试通道。

另外,很多情况下,要求运载火箭的整流罩上有非金属材料制成的透波窗口,使得主载荷的测控信号能够在运载火箭发射前和发射过程中可靠地与地面站进行交换。

在运载火箭发射前,科研人员要进行很多静力学和动力学的分析,以保证载荷能够承受运载火箭发射过程中恶劣的力学条件,必要时还会进行星箭联合振动试验来确保不出问题。

对于搭载载荷,就不会“照顾”得这么周到了。很多情况下,搭载载荷和运载火箭之间完全没有信号接口,只是在释放搭载载荷的时候,通过行程开关之类的装置告诉卫星已经入轨,并可以启动工作了。

一般的发射任务会最先释放主荷,在此之前,运载火箭在加速过程中,如果搭载载荷出现脱落或与火箭发射共振,也会影响到主载荷的安全,所以对搭载载荷的要求也是以不影响主任务安全为前提的。

让搭载任务成为常态

随着电子元器件和卫星有效载荷技术的快速发展,卫星的功能也越来越强大。重量只有几公斤到几十公斤的微纳卫星、甚至更小的皮卫星就可以完成很多过去只有大卫星才能完成的任务。

在这类卫星中,相当一部分都是利用廉价的商用器件制造而成的,相对而言,其发射费用就显得比较昂贵了。因此,这类卫星也多倾向于采用搭载方式发射入轨。一般来说,它们对轨道的类型不是很“挑剔”,对入轨精度的要求也不高。在运载火箭完成释放主载荷后,利用剩余的运载能力搭载尽可能多的微纳卫星入轨,成为近年来常见的现象。

在这些卫星中,立方星成为了一种非常重要和流行的标准星。它们遵循标准的尺寸规格和机械、电气接口。目前,通用的立方星释放装置可以做到对主载荷不产生任何不利的影响和干扰。

据了解,本次印度的一箭104 星发射任务,属于将不同载荷发射到同一轨道这一类。因为不需要变轨,所以对火箭的要求并不高,只是搭载载荷的数量比较多而已。这次他们所搭载的大多数卫星采用了立方星的标准制造,对释放精度和释放时的姿态也没有特殊的要求,并不需要太复杂的技术就可以完成。

因此,本次发射在技术上并没有什么突破和进步。主要的亮点在于将很多家不同用户的卫星集中到一次任务中发射,在组织管理上和商业模式上的确做得很好,这也是近年来印度在发射服务市场上开始渐入佳境的一个主要原因。(杨宇光)

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