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06-21
时隔6年多，我国“一箭多星”的发射记录终于再次被打破—— 2020年2月27日当天11时06分，长征八号（以下简称“长八号”）遥二运载火箭成功发射，成功将共计22颗卫星送入预定轨道。
与2019年9月20日长征六号的“一箭二十星”相比，仅增加10%的卫星数量似乎还远远不足以让它在充斥着各种信息的媒体平台上脱颖而出。
俄乌消息。
撕开空间刷新屏幕——但事实上，这次发射将对我国航天技术的发展产生深远的影响。
作为一款定位于商业应用的火箭类型，这枚长八遥二火箭堪称一次大胆的尝试，而“一箭发射多轨卫星”只是其中之一。
长征八号遥二运载火箭采用无毒、无污染的推进剂。
火箭总长约48米，第一核心直径为3.35米，第二核心直径为3.0米。
起飞重量约为吨，起飞推力约为吨。
它可以实现太阳同步轨道。
承载能力3吨。
来源：中国航天科技集团公司微博“一箭多星” 2019年9月20日5时28分，“暴风一号”运载火箭从酒泉基地（酒泉卫星发射中心前身）升空。
7分20秒后，三颗卫星（实践二号、实践二号A、实践二号B三颗科学实验卫星）一一与火箭分离，进入预定轨道。
至此，中国成为继前苏联、美国、欧洲航天局之后第四个掌握“一箭多星”发射技术的国家。
“一箭多星”是指在一枚运载火箭上搭载多颗卫星。
目前，全球共有6个国家掌握了这项技术。
继我国实现“一箭多星”27年后，印度和日本也发射了自己的“多星”火箭。
此后十年，一次性发射卫星数量的纪录不断被快速刷新。
到2009年，印度一箭携带的卫星数量已达到三位数，成功实现“一箭到星”。
事情发展到这一步，外行人或许也醒悟过来了。
当单枚火箭搭载的人造卫星数量增加到一定数值时，单纯数量增加所带来的变化可能只停留在数量变化的范畴。
也就是说，发射的卫星数量并不一定与航天技术的成熟程度成正比。
目前，“一箭多星”技术分为两类：一类是将所有有效载荷发射到同一轨道；另一类是将所有有效载荷发射到同一轨道。
另一种是将不同的卫星发射到各自的轨道上。
前者是印度“一箭星”和大多数星链卫星使用的方法，后者是昌巴遥二使用的方法。
两种发射方式对应不同的运载火箭要求。
第一种发射任务是在运载火箭末级关闭后依次释放卫星。
其中，需要考虑的主要问题是每颗卫星释放后发生碰撞的可能性。
解决这个问题的办法并不难，就是控制释放卫星时的速度或者时间，使其稍有不同。
至于将多颗卫星发射到不同的轨道，那就没那么简单了。
它要求运载火箭不仅满足前者的技术水平，而且还具备进入初始轨道后变轨的能力。
这不是传统运载火箭能够做到的。
需要卫星从“上车”到“下车”的完整流程解决方案。
以这次的唱八遥二为例，第一步就是将这些卫星在火箭整流罩内合理排列。
唱霸遥二任务搭载的22颗卫星分别属于7家不同的卫星制造商。
每颗卫星的体积、大小、重量都有很大差异。
因此，在布局时，首先要考虑如何有效利用整流罩内部的空间。
来源：中国航天科技集团公司微博 根据任务需求，设计团队对传统卫星结构进行梳理，设计出新型三层多星分配器，最终为“乘客”提供三层“座位”。
三层多星形分配器自下而上由锥形支架、中心承载筒和圆盘平台组成。
最终，22颗卫星的布局如下：锥形支架（仿照方舟遥一火箭的结构）承载2颗卫星，中心承载管承载14颗卫星，圆盘平台承载6颗卫星。
针对一些直径较大不适合侧装的卫星，设计团队在中央承重管上方设计了新的盘平台，让大直径卫星的安装操作更加简单，而且没有其他卫星干扰向分离方向。
图片来源中国运载火箭技术研究院微信公众号。
卫星最终成功安装到整流罩内。
接下来需要解决的是让他们安全、准确地“下车”。
这也是设计团队遇到的最大问题之一。
首先要考虑的是卫星近场分离的安全性。
卫星与火箭本体分离过程中，需要考虑卫星解锁方式不同以及分离能量造成的运动偏差。
有时，这些微小的偏差会缩短卫星之间的距离，从而威胁火箭本体的安全。
根据卫星分离机制的不同，设计团队对所有火箭体和卫星偏差进行多轮模拟计算，确保近场分离过程中每颗卫星之间保留一定的动态间隙，确保近场安全分离。
“卫星数量越多，分离后在轨碰撞的风险就越大。
远场分离的安全性也是设计者需要考虑的重点。
”负责弹道设计的李景林表示，分离速度、分离方向、分离顺序是影响卫星后续轨迹的关键因素。
将22颗卫星错开在有限的外部分离轨道上以避免两颗卫星之间的干扰，对设计人员来说是一个巨大的挑战。
22颗卫星加上火箭最后一级是23个独立的物体。
为了确保彼此分离的安全，设计团队需要计算分析每颗卫星的轨道参数，并测量23颗分离体各自之间的相对距离。
经过长时间的模拟、观测和评估，根据卫星布局和设计分离方案，采取了12次分离动作，将22颗卫星依次逐步分离，并通过不断调整卫星姿态实现不同卫星的分离。
最后一级火箭主体。
调整方向，确保近场和远场每颗卫星的安全，让22颗卫星安心“下车”。
具体到分离动作的设计，并不容易。
分析 23 个独立天体之间的相对距离需要大量计算。
在此基础上，火箭对准过程中太空基地必须是可见的，这就要求火箭体对准角度不能太大。
在多重需求的夹击下，难度也随之增加：“这是一个相当于多个对象、多个约束、周期较长的优化问题，需要通过多轮迭代来解决，远场分离计算量更大”比以前翻了好几倍。
”为此，设计团队专门开发了多卫星远场分析工具，这样，“通过一次模拟，就可以自动完成23个独立天体各自的速度和位置的计算，以及。
计算两个分离体之间的相对位置，不仅大大提高了计算效率，而且提高了远场分析的精度。
”考虑到任务要求等各种因素，第二级决定了偏航角和俯仰角。
进行了相应的调整，经过12次尝试，最终将22颗卫星成功送入轨道。
“本次任务一共需要进行22次星分离，一共完成了12次分离动作，创下了中国航天事业的新纪录。
可以说，长征八号火箭在星箭期间上演了一场‘芭蕾’。
”最终，22颗星星分开了，就像女神撒花一样。
”中国运载火箭技术研究院第八副院长段宝成总结道。
为商业化定制 如果仔细观察，不难发现长八遥二运载火箭与以往的火箭看上去有所不同：底部的助推器不见了，变成了完整的“裸棒”火箭。
事实上，这种不带助推器的火箭是该型火箭的新配置。
唱霸副总设计师陈笑飞表示，与遥一火箭相比，唱霸遥二火箭外观上最大的区别是取消了两个助推器，由两级半构型改为两级串联。
配置。
左边是遥二火箭（中国航天科技集团公司一院供图，宋涛拍摄），右边是遥一火箭（图片来源：中国航天报）。
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载能力最强的商用火箭。
它于2016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吨的空白。
可承担我国80%以上的中低轨发射任务。
这辆无动力“裸杆”长征八号遥二运载火箭的运载能力为3吨。
长征八号是专门为满足未来发射市场需求而打造的一型火箭。
作为定位于商业应用的火箭，成本是必须考虑的因素后，唱霸遥二火箭在此基础上做了进一步的调整和尝试。
使用新的配置是实验之一。
唱八火箭项目办公室胡惠标表示，采用新配置可以实现“一石多用”。
除了测试新构型的正确性、协调性和匹配性，开拓中型主火箭市场外，减少两台助推器的数量还可以缓解生产、装配和测试的压力，缩短研制周期，降低研发成本。
开发成本。
。
“未来，人类进入太空的需求会越来越大，对航天基础设施建设的需求也会越来越大。
因此，改变发射场流程、缩短火箭研制周期已刻不容缓。
” ”萧云说道。
为此，唱霸遥二火箭还采用了“模块化”和“组合式”的设计思路。
早在研制之初，设计者就充分考虑了火箭无助推器的状况，并将其纳入遥一火箭的评估范围内。
因此，遥二火箭不需要进行大规模改动，只需对有效载荷和飞行轨迹进行适应性调整即可。
最终，唱八遥二火箭从首飞成功到完成总装测试、具备出厂条件，仅用了一年的时间。
整流罩高度从8米缩短至5.4米。
资料来源：中国运载火箭技术研究院。
此外，火箭整流罩的高度也从8米缩短至5.4米，不仅减轻了整个火箭关键部位的负载，还降低了发射成本。
当然，这并不全是出于成本考虑。
从技术角度来看，由于要发射的卫星体积更小、重量更轻，因此不需要使用龙八翼火箭那么大的整流罩。
从气动外形来看，较短的整流罩可以减轻载荷，放宽火箭发射条件，增加火箭发射概率，为后续高密度发射奠定基础。
“共享”模式也是基于成本考虑——卫星运营商的成本。
此次发射的22颗卫星主要是光学遥感卫星。
主要用于对地观测、低轨物联网通信、空间科学实验等。
可为海南及周边海域提供资源调查、合成孔径雷达数据支撑、物联网分布式终端数据采集、科学实验与技术验证、船舶信息采集处理等在轨服务。
这些卫星来自国内七家商业航天公司。
当然，费用也是由七个家庭共同分摊。
“简单来说，它是一个拼车解决方案，为用户提供价格实惠的上线服务，并且大大降低了门槛。
”长八火箭总指挥肖云说。
有了长八遥二火箭的这次成功探索经验，火箭院推动共享发射常态化更加充满信心。
目前，唱八火箭总装最快时间为23天。
不过，从天津工厂总装运输到发射场后，仍需进行烟火安装、单元测试等流程。
如果在发射场附近建一个总装测试工厂，可以将发射场测试和工厂测试合二为一，省去一系列测试、检验、转运步骤，缩短火箭在发射场的周期，适应发射场的需要。
以未来市场需求为唱霸火箭快速发射的需要。
经过唱八火箭团队的努力，海南总装测试工厂建设已经开始，发射站也正在进行论证。
建成后，唱八火箭可每周发射一次，预计每年发射50次。
《星辰大海》的未来可期。
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