此次长八遥二火箭的发射,是新一代运载火箭在2022年的首次飞行,也是型号不带助推器的新构型首飞。
1.火箭.png▲“一箭22星”成功发射 长征八号遥二火箭创我国一箭多星最高纪录。新京报我们视频出品(ID:wevideo)
北京时间2022年2月27日11时06分,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”)在海南文昌航天发射场点火起飞,随后将托举的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。
4.火箭.jpg▲长征八号遥二运载火箭在海南文昌航天发射场点火起飞。国家航天局 屠海超 摄
据了解,此次成功送入预定轨道的 22 颗卫星为:泰景三号01卫星、泰景四号01卫星、海南一号01/02星、文昌一号01/02星、吉林一号高分03D10-18星(9颗)、吉林一号MF02A01星、巢湖一号卫星、创星雷神号卫星、天启星座19星、星时代-17卫星、启明星一号卫星、西电一号卫星。
不带助推器的新构型实现首飞
2020年12月22日,长征八号运载火箭以“一箭5星”的方式首飞成功,作为我国新一代主力中型运载火箭,将我国太阳同步轨道运载能力从3吨提升至4.5吨,填补了新一代运载火箭的能力空白。至此,长征八号运载火箭也将可承担80%以上的中低轨发射任务。
此次长八遥二火箭的发射,是新一代运载火箭在2022年的首次飞行,也是型号不带助推器的新构型首飞。
2.火箭.png▲“一箭22星”成功发射 长征八号遥二火箭创我国一箭多星最高纪录。新京报我们视频出品(ID:wevideo)
火箭院长征八号火箭副主任设计师陈晓飞说,与遥一火箭相比,长八遥二火箭外形上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。因采用了“模块化”“组合化”的设计思路,自成功首飞到遥二火箭完成总装总测、具备出厂条件,研制团队仅用了1年时间。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,就能高效地满足任务要求。
事实上,在长八火箭设计之初,研制团队就已经兼顾了有助推器和没有助推器两种状态。据火箭院长八火箭项目办胡辉彪介绍,这次任务可以检验新构型的正确性、协调性和匹配性,对开拓中型主力火箭市场具有重要意义。长八遥二火箭虽然“一箭22星”,但载荷总计只有不到2吨,“光杆”新构型的能力在3吨级,完全能够满足载荷要求。同时,此次任务时间紧张,减少两个助推器,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。
3.火箭.png▲“一箭22星”成功发射 长征八号遥二火箭创我国一箭多星最高纪录。新京报我们视频出品(ID:wevideo)
在确定火箭任务载荷时,长八火箭团队把将视线转移到了小卫星上。据了解,截至去年年底,我国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,在未来的商业市场上具有非常大的潜力。
胡辉彪说,一次任务如果只发射一颗三四百公斤的小卫星,对于长八火箭的能力来说未免太浪费。为此,长八火箭团队提出“共享发射”新模式,多个小卫星“拼车”完成任务,即可充分发挥火箭能力,又有效满足市场需求。他认为,此次新构型的首飞也将为长八火箭积累成功子样,推动型号走向成熟,为后续进入航天发射主战场打好基础,巩固长征八号在商业航天领域的主动权和主导权。
本发火箭的整流罩高度也从8米缩短到5.4米,使得全箭关键部位的受载降低了。为什么要更换更短的整流罩?陈晓飞介绍,从技术层面来看,这次任务的卫星体积较小,重量没有那么沉,不需要用长八遥一火箭那么大的整流罩。另外,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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▲整流罩高度从8米缩短到5.4米。图源中国运载火箭技术研究院
提供三层“座椅”,22颗卫星顺利“上车”
如何能在有限的整流罩空间里,装下这么多位“乘客”?长八火箭整流罩直径为4.2米,在有限的空间内,要实现一箭发射22颗卫星,第一步是要把这些卫星合理布局在整流罩里。
火箭院长八火箭副主任设计师陈晓飞介绍,一箭发射22颗卫星以前在国内是没有的。由于每颗卫星形状各异,且有多个卫星尺寸较大,所以在最开始进行布局时,首先考虑的是如何有效利用整流罩内空间包络。
结合任务需求,设计团队对传统的卫星结构进行梳理,最后设计出新的“三层式多星分配器”,为“乘客”提供三层“座椅”。“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。
6.火箭.jpg▲长八遥二火箭同时还是一发“共享火箭”。图源中国运载火箭技术研究院
火箭院长八火箭总体副主任设计师于龙说,多星分配器最下层的锥形支架,设计团队沿用的是长八遥一运载火箭的结构;中心承力筒也是成熟的结构,能够尽可能利用整流罩的空间,在侧壁多挂卫星。对于一些直径较大、不适合侧挂的卫星,设计团队则在中心承力筒上方新设计了一个圆盘平台,让大直径卫星安装操作更简洁,分离方向上也没有其他卫星去干涉。
“在分配器结构设计上,我们采取‘模块化’设计,将现有的、成熟的结构拼接在一起形成新的结构形式,达到‘1+1>2’的效果,同时节省了设计时间,提高研制效率,能快速满足卫星方发射的需求。”于龙说,“一般来说,一个新的结构从出图到生产,需要至少一年多时间。我们通过‘模块化’设计,在半年不到的时间就生产出来了多星分配器。”
卫星虽然能装进整流罩,但在有限的空间内,卫星数量越多,星和星的间隙肯定就越小,在对接操作时的难度也就越大。在设计之初,设计团队就对现场工装设备、人员操作位置等进行考虑,将卫星安装操作可达性纳入分配器结构设计中。
为了方便安装操作,设计团队专门在圆盘平台中间开了个孔,方便操作人员进入,并通过星箭联合操作试验,不断调整卫星安装操作的顺序及布局的位置,确保操作人员真正上箭操作的安全性,让22颗卫星能顺利“上车”。
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