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长征八号“一箭22星”，最大的技术突破可能不是你以为的卫星数量( 二 )

卫星 运载火箭 整流罩 长征八号


根据卫星的不同分离机构 ， 设计团队对所有的箭体和卫星偏差进行了多轮仿真计算 ， 让各卫星之间保留一定的近场分离过程中的动态间隙 ， 保证近场分离安全性 。
“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 。 ”负责弹道设计的李静琳介绍 ， 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 。 要在有限的外界分离轨道将22颗卫星错开 ， 避免两两卫星之间干涉 ， 对设计人员来说是个不小的挑战 。
22颗卫星加上火箭末级就是23个分离体 ， 为了保证彼此之间分离的安全性 ， 设计团队要计算分析每一个卫星运行的轨道参数 ， 对23个分离体两两之间的相对距离进行长周期的仿真、观察和考核 ， 并根据卫星布局和设计分离方案 ， 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” 。
具体到分离动作的设计 ， 也并非易事 。 对23个分离体两两之间的相对距离分析 ， 本身所需计算量就非常大 ， 在此基础上 ， 还要维持火箭调姿过程中天基可见 ， 这就要求箭体调姿角度不能过大 。 多项要求夹击之下 ， 难度也随之增大：“这是一个相当于多个对象、多种约束、长周期的、需要通过多轮迭代解决的一个优化问题 ， 远场分离计算量比以往翻了好几倍 。 ”
为此 ， 设计团队专门研制了一个多星远场分析工具 ， 这样一来 ， “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 ， 不仅大幅提高了计算效率 ， 而且提高了远场分析的准确性 。 ”
最终 ， 根据每颗卫星的分离方式 ， 结合任务需求等多种因素 ， 二子级在偏航和俯仰角上作出相应的调整 ， 22颗卫星分12次终于依次成功部署入轨 。
“本次任务一共需完成22星分离 ， 共计完成12次分离动作 ， 创造了中国航天的新纪录 。 可以说星箭分离中长征八号火箭宛如跳了一场‘芭蕾’ ， 最终22颗星的释放就如‘天女散花’一般 。 ”中国运载火箭技术研究院长八副总指挥段保成总结道 。

为商业化定制 如果有心观察 ， 很容易发现 ， 长八遥二运载火箭长得和以前的火箭不太一样：底部的助推器不见了 ， 成了一个彻底的“光杆”火箭 。
事实上 ， 这种不带助推器的火箭正是该型号火箭的新构型 。 长八副主任设计师陈晓飞说 ， 与遥一火箭相比 ， 长八遥二火箭外形最大的区别就是取消了两个助推器 ， 从两级半构型变成了两级串联构型 。
长八火箭是我国新一代主力中型运载火箭 ， 也是目前我国中低轨运力最强的商业火箭 ， 于2020年12月成功首飞 ， 填补了我国太阳同步轨道运载能力3吨至4.5吨的能力空白 ， 可以承担我国80%以上的中低轨发射任务 。 此次无助推的“光杆”型长征八号遥二运载火箭 ， 运载能力就达到3吨
长八是瞄准未来发射市场需求而专门打造的一型火箭 ， 作为定位于商业应用的火箭 ， 成本就成了必须考虑的因素 ， 长八遥二火箭在此基础上又做了进一步调整和尝试 。
使用新构型就是尝试之一 。 长八火箭项目办胡辉彪介绍 ， 使用新构型可以做到“一举多得” 。 除了可以检验新构型的正确性、协调性和匹配性 ， 开拓中型主力火箭市场之外 ， 减少两个助推器 ， 还可以缓解生产、总装和测试的压力 ， 让研制周期缩短、研制成本降低 。
“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 。 ”肖耘介绍 。
为此 ， 长八遥二火箭还采用“模块化”“组合化”设计思路 。 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 ， 并纳入遥一火箭的考核包络中 。 因此 ， 遥二火箭无需进行大规模更改 ， 只需针对载荷、飞行轨道进行适应性调整 。 最终 ， 自成功首飞到完成总装总测、具备出厂条件 ， 长八遥二火箭仅用了1年时间 。
另外 ， 火箭的整流罩高度也从8米缩短到5.4米 ， 降低了全箭关键部位受载的同时 ， 发射成本也随之降低 。 当然 ， 这并全出于成本的考虑 。 从技术层面出发 ， 因为需要发射的卫星体积较小 ， 重量也更轻 ， 本身也不需要用长八遥一火箭那么大的整流罩 。 而从气动外形来说 ， 短一点的整流罩可以降低载荷 ， 放宽火箭发射放行条件 ， 提高火箭发射概率 ， 为后续高密度发射奠定基础 。

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