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火箭运输的专车服务——单星搭载

世界运载火箭的发射是从单星搭载开始的,因为当时的卫星发射需求有限,运载火箭技术水平只能支持单星发射。随着世界航天技术的快速进步,不同重量载荷的单星拥有了不同运力的重型、大型、中型和小型火箭与之相匹配。单星发射的搭载方式相对简单,卫星通过连接分离结构与火箭的有效载荷支架相连接,卫星纵轴与火箭纵轴重叠,是最简单可靠的一种搭载方式,也是重要载荷的首选搭载方式,比如“长征五号B”遥二发射“天和”核心舱、“质子号”火箭发射“科学号”实验舱等等。

两颗以上卫星并驾齐驱——并联搭载

在很多时候,运载火箭发射时运力是有空余的,特别是一些中小型载荷的发射经常会浪费运力,实现一箭双星或一箭多星发射将会是一个更好的选择。在运载火箭任务中,搭载两颗以上卫星的方式之一就是并联搭载,也就是几颗卫星水平分布于卫星支架上。并联搭载包括好几种情况,包括几颗卫星都是主星、几主几辅等情况,通常主星会居中间位置,有利于主星实现成功安全的分离。需要注意的是,根据卫星发射的需要,并联搭载的几颗卫星并不都在同一个平面上,主星或者更重要的卫星可能会使用更高的支柱,总体排列会有点参差。

两颗以上卫星垂直堆叠——串联搭载

在两颗以上卫星的发射任务中,可能出现同为主星的情况,并且这些载荷都比较重要,为了确保发射的可靠性,串联搭载发射会是更好的选择。虽然是纵向堆叠,但是每颗卫星都有一个单独的支架(支撑舱)隔开卫星,互不干扰,确保卫星安全分离。

多星并驾齐驱+垂直堆叠——串并联搭载

在多星搭载任务中,辅星的预定轨道可能更低,需要提前分离,为了确保安全分离需要串联在主星之上。同时,这类任务还可能存在两颗以上辅星,于是在辅星层还需要进行并联布局,这时就形成串并联布局的卫星搭载模式。另外,在低轨互联网卫星组网任务中,单次发射卫星数量巨大,且均为同类卫星,比如“星链”卫星的发射,动则“一箭60星”,整流罩空间就需要最大程度的集约化利用。为此,SpaceX采用了中心承力筒做支撑,“星链”卫星水平方向并联排列,垂直方向串联排列,形成了另一种串并联搭载,蔚为壮观!

目前,中心承力筒结构在我国也已经得到应用。2021年8月24日,搭载三颗通信技术试验卫星的“长二丙”运载火箭/远征一号S上面级,在酒泉卫星发射中心成功发射。这发“长二丙”新研制了1.35米直径中心承力筒,通过侧挂方式实现火箭与卫星的机械连接,采用多段中心承力筒串联实现多星发射,避免了串联方案卫星支撑结构的多次分离风险,并且降低了结构重量。中心承力筒结构方案将渐成星座发射任务的标配,“长二丙”火箭后续将会有“一箭20星”发射任务[1]。

"长征二号丙"

简单高效的多星发射——混合搭载

在部分发射任务中,运载火箭发射主星运力有余,拼载了多颗辅星。此时,主星居于有效载荷支架中心位置,辅星分布于支架的锥面,分别设计了立柱做支撑,这种方式即为混合搭载。为了能够更好地满足主星加更多辅星的搭载需求,具体搭载形式还在继续创新。2021年10月14日,搭载太阳探测科学技术试验卫星等11颗卫星的“长二丁”运载火箭,在太原卫星发射场成功发射。此行“长二丁”首次采用搭载圆盘构型,突破了以往侧壁搭载对于卫星数量和包络的限制,从最多搭载发射5颗发展到本发任务的搭载10颗卫星(辅星)[2]。

圆盘构型搭载

在当前的航天发射中,根据不同的发射任务,可以选择不同的卫星搭载方式,但是依然不会离开单星、并联、串联、串并联、混合等五种主要搭载方式。随着世界航天进入快速发展阶段,同时伴随商业航天的发展,提升搭载效率、降低发射成本将成为必然趋势,卫星发射的搭载方式还会不断发展完善,期待更神奇更高效的搭载方式出现。

作者:大白高国

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参考资料

[1]部分引自中国运载火箭技术研究院发布

https://mp.weixin.qq.com/s/TPNoC6MWTDpT9RIFhpErRQ

[2]部分引自上海航天发布

https://mp.weixin.qq.com/s/5iUaAvm2_NeBi0zp_mnT6g返回搜狐,查看更多

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