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“专车”入轨 让卫星轻便“出行”

时间:2015年07月30日 信息来源:中国航天科技集团 点击: 【字体:

  原题:打“专车” 送北斗双星准确入轨 

  7月25日晚,长征三号乙/远征一号运载火箭以一箭双星的方式成功发射第18、19颗北斗导航卫星。经过近4个小时的飞行,火箭上面级与双星成功分离,双星各自进入工作轨道。这是远征一号上面级首次执行运送双星入轨任务。


  不同于今年3月底远征一号上面级首飞时发射一颗卫星,这一次它承担了两颗卫星的发射工作,任务更为艰巨。为了让北斗双星此次太空之旅更为舒适安全,研制团队对上面级进行了多项优化设计,最终实现了北斗双星平稳分离、准确入轨。




  选择“专车” 告别劳顿


  中国航天科技集团公司以往研制的北斗卫星中,用于变轨的动力系统必不可少。这样的动力系统包括卫星变轨发动机和推进剂贮箱等,加注推进剂后的动力系统重量能占到卫星全重的60%左右。

  实施发射时,火箭只能将卫星发射至转移轨道,从转移轨道到工作轨道的路程,就要靠卫星自己“走”了。一般来说,这段路程需要卫星“走”上几天的时间,实属漫长。

  卫星从转移轨道“走”到工作轨道,需要多次变轨。实施变轨,就要消耗推进剂,这也是卫星一出发就要背负大量推进剂的原因。等到卫星终于进入工作轨道,推进剂也消耗得差不多了。在此后的卫星在轨工作期间,没有什么用处的动力系统还将始终伴随着卫星,直至卫星“寿终正寝”。

  北斗双星这次的太空之旅,没有像它们前辈那样历经周折,而是取消了沉重的用于变轨的动力系统,因为有“专车”将它们直接送入工作轨道,省去了“步行”的辛苦。这个“专车”,就是远征一号上面级。

  上面级是一种具有自主独立性的飞行器,由基础级运载器发射进入准地球轨道或地球轨道,能够依靠自身动力进一步将有效载荷送入预定工作轨道或预定空间位置。

  在这次太空之旅中,北斗双星每颗星都有一个舒适的座位,它们端坐在上面级的双星分配器上,一路上还能从上面级源源不断地获取电能。

  7月25日晚,火箭起飞约800秒后,上面级与火箭基础级分离,上面级主发动机第一次点火工作,带着双星继续向前飞行。主发动机关机后,经过约3个小时的滑行,上面级就载着双星到达了远地点的位置,这时上面级主发动机第二次点火工作,带着双星抵达卫星工作轨道。


  平缓分离 安全入轨


  上面级载着双星到达工作轨道后,双星如何与上面级平稳安全分离至关重要。在茫茫太空中,两个1吨多重的卫星从上面级分离时一旦承受不了分离装置解锁瞬间产生的冲击或是互相发生了碰撞,后果将不堪设想。

  关于双星与上面级分离方案的研究,研制团队选择了一种成熟度较高的低冲击分离装置,连接在上面级与双星之间。但是在上面级与双星进行分离试验时,一个可怕的问题暴露出来:

北斗双星承受不了分离装置工作时对卫星产生的巨大冲击。

  这个问题必须解决,否则无法按期实施新一代北斗导航卫星的一箭双星发射,甚至将影响北斗全球组网的进程。

  长三甲系列火箭副总设计师叶成敏介绍,研制团队对分离装置内的火工品种类、冲击的传输通道等进行了全新优化,又在多地的试验场内进行了几十次分离试验,将冲击一点点降了下来。同时,团队还对卫星结构进行了缓冲处理,增大了卫星的抗冲击能力。最终,分离装置工作时对卫星的冲击比最初的设计降低了40%~50%,解决了这一难题。

  那么两颗卫星之间会不会发生碰撞呢?

  上面级的总体主任设计师陈益透露,研制团队通过建立动力学模型筛选出了近百个极限偏差工况,对上面级与双星分离的近场、远场情况进行了大量的仿真计算,还开展了多次模拟失重状态的双星旋转分离试验,终于确认北斗双星的分离方案科学有效、考虑充分,是完全安全可靠的。

  随着北斗卫星导航系统全球组网进程的推进,上面级发射北斗卫星直接进入工作轨道的模式将成为新常态。长三甲系列火箭总设计师姜杰认为,上面级发射北斗卫星直接进入工作轨道,开辟了高轨道卫星快速进入空间的崭新途径,也拓展了长三甲系列火箭发展的新领域,“在后续北斗组网发射任务中,上面级还将多次展露身手。”(谢奇勇/摄)


(作者:刘淮宇)
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