一箭18星：“一箭五星”的发射难度有多大

“一箭五星”的发射难度有多大

多星分离与轨道部署技术

当一次发射的多颗卫星对于轨道高度以及轨道相位没有较高要求，如大多数搭载发射的微纳卫星，火箭入轨后，只需要在特定的轨道上将卫星依次释放出，确保分离出的卫星之间不发生碰撞即可。此种任务实施难度相对较小，“第聂伯”火箭以及印度“极轨卫星运载火箭”的多星发射任务大多属于此种情况。

当一次发射的多颗卫星对于轨道高度或轨道相位有较高要求时，实施“一箭多星”发射任务，运载火箭在传统技术基础上还必须有一个先进的上面级，通过上面级的多次点火、起动，机动至同一轨道面不同相位处或者不同轨道高度处，完成卫星分离及轨道部署，以满足不同卫星入轨的相位或高度要求。联盟—2火箭“一箭六星”发射任务以及“隆声”火箭“一箭三星”发射任务中，便是通过“弗雷盖特”上面级、“微风”上面级实现卫星的精确入轨。

“微风”上面级“一箭三星”布局示意图

采用上面级进行多星发射及轨道部署，可以利用上面级的强机动性，减少多星部署的时间，降低卫星本体的机动性能要求。相较于传统的火箭末级，上面级需要具备多次起动、长时间在轨的能力，如执行同一轨道面内不同相位要求的“一箭十星”发射任务，上面级必须要具备18次起动能力，在轨时间需要数天。

此外，通过空间站释放微小卫星也成为微小卫星分离及轨道部署的重要手段。2014年1月8日，美国“安塔瑞斯”火箭在发射“天鹅座”飞船时，将33颗小卫星发射到“国际空间站”，并随后从“国际空间站”释放入轨。2014年全年成功进入空间站的航天器数量达到67个，已经释放了47个。

多星分配器设计技术

卫星分配器用于提供卫星在火箭整流罩内的安装布局位置。目前，多星发射的方式主要有两大类，一类是规模相当的多颗卫星一次发射，如卫星星座中导航卫星、通信卫星，每颗卫星的质量、尺寸基本上一样，多星分配器可采用中心承力筒式多星分配器或盘式多星分配器……另一类是搭载发射，在多个卫星中，一颗是主任务卫星，另外的几颗微纳卫星为搭载卫星，主任务卫星一般多位于卫星分配器的顶端，搭载卫星多在分配器的侧壁或下方四周……

中心承力筒式及圆盘式多星分配器多星布局示意图

随着“一箭多星”发射任务的增加，为提高搭载效率和减小分离冲击，国外研制了多种新型的多星分配器，如美国“改进型一次性运载火箭次级有效载荷分配器”（ESPA）。该分配器为筒形结构，下端面为其与运载火箭或上面级的接口，上端面为主任务卫星接口，侧壁根据小卫星的接口形式，周向均布多个小卫星接口。这种分配器及多星发射布局设计极大地减小了次级有效载荷对主任务卫星的影响，合理地利用了多星分配器及整流罩内的空间。

ESPA多星分配器及多星发射布局示意图

针对立方体卫星（CubeSat）的搭载任务，美国加州理工大学和斯坦福大学研制了“多皮卫星在轨分配器”（P-POD）。多颗立方体卫星在“多皮卫星在轨分配器”内并排布置，当星箭分离时，舱门的解锁装置分离，舱门在底部的扭簧作用下打开，作用在舱底的主分离弹簧由于去掉了舱门的位置限制，推动活动底板，将卫星逐个从舱底向舱口推出，卫星的导向是靠舱内四角的导轨实现。根据卫星数量的不同，还可以有单星“多皮卫星在轨分配器”、双星“多皮卫星在轨分配器”和多星“多皮卫星在轨分配器”等多种规格。“多皮卫星在轨分配器”可以在多种运载火箭上搭载使用，从2003年开始，已经有多颗立方体卫星通过“多皮卫星在轨分配器”实现搭载发射。

“多皮卫星在轨分配器”示意图

卫星微小型化和标准化技术

卫星平台与载荷的微小型化和标准化也是进行“一箭多星”发射的核心技术之一。在微小型卫星搭载任务中，主载荷完成布局后，留给微小型卫星的空间和重量均非常有限。卫星需要采用标准化设计，简化接口，降低质量和尺寸。随着微电子、微光机电和集成电路技术不断发展，卫星小型化趋势不断加速。目前快速发展的立方体卫星便是一个典型，单个立方体卫星的质量只有约1kg，尺寸只有250px×250px×250px。立方体卫星的研制以及标准化，降低了“一箭多星”发射任务时卫星布局和分离的难度。

多星发射地面测控技术

“一箭多星”发射入轨，对于地面测控系统压力增大。其测控数据由传统的1～2颗增加到几颗、十几颗，测控能力要求增加。为了满足“一箭多星”的发射任务需求，需要从两方面解决多星测控问题：一方面在卫星设计和研制中，重点解决卫星的自主运行管理与测控问题，减轻地面测控压力；另一方面需要对地面测控系统进行优化配置，采用先进的地面多星测控技术，在有限的测控时间内完成对多颗卫星的运行管理与测控任务。

（来源：国际太空）

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