中国航天人最近又公布了一款新型航天器,不过与以往的航天器不一样,这不是一颗卫星,也不是一个新的空间站模型。而是一个类似于太空摆渡车用途的新型航天器,称为"天运一号"上面级。
根据媒体了解,"天运一号"上面级计划在2017年下半年发射,他的独特之处,是其采用的液体发动机可以实现20次重复启动,可以最多一次将10颗卫星放置在不同高度的轨道上。而以往这些只能依靠火箭单独发射,或者卫星利用自身燃料机动到指定轨道上。
“天运一号”上面级
而且中国还要进一步研究发挥“上面级”清理空间废旧卫星的作用,使“太空巴士”能载着废弃卫星一起飞向“坟墓”轨道,腾出有价值的轨道空间,减少对其它航天器的影响和威胁。
中国最早的成功应用航天领域的上面级是远征一号,从上世纪80年代末开始,中国先后研制出多型固体推进剂上面级,共进行了10次飞行,全部获得圆满成功。但此前的上面级均为满足某种单一任务而研制,远征一号上面级则同时具备了多种特性,被火箭设计师称为真正意义的“太空摆渡车”。
2015年7月25日,搭载两颗新一代北斗导航卫星的“长征三号乙/远征一号”运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射。而发射后约3.5小时,“远征一号”上面级将两颗卫星准确送入预定轨道。2017年发射的"天运一号"将会是“远征一号”的3倍多工作时长。
所谓“上面级”就是运载火箭最上面的一级或多级
根据NASA的官员表示,这种技术看起来更像是用于是核弹头变轨的第二代的上面级的民用化,而且中国以前在长征2C上使用过载荷分配器,这种载荷分配器可以让上面级与发射载荷一起自旋稳定,最终靠着离心力分离载荷。这种技术是跟弹道导弹的多弹头技术非常类似。www.miercn.com 军情第一站
不过NASA官员还对媒体称,目前判断天运的速度增量偏低,突出的是多次点火能力,根据宣传其还有清理太空垃圾以及与非合作目标对接的能力。这个非合作目标对接可能是军用自杀卫星的另一种说法,不过这种自杀卫星可能不是一次性的。
为了应对中国日益发展的太空实力,美国除了加大在NASA的投资,同时鼓励美国的民营企业发展各种快速发射运载火箭来补网损失的卫星,刚刚成功的猎鹰-9火箭的垂直回收就是一个明显的例子。在这个领域,我们仍然需要追赶美国,这也是我们需要增强的。
远征一号上面级送北斗双星准确入轨
在距离预定的发射窗口还有大概两个星期时,在对上面级推进剂贮箱压力进行定期监测的过程中,发现贮箱压力出现了微小的下降现象。经认真排查,贮箱密闭性良好,并未发生泄漏。压力下降后的数值在设计方案允许的范围内,不影响正常发射。最终找到了压力下降的原因:加注前后推进剂温度的变化以及贮箱内的气液融合,是造成压力下降的“幕后推手”。
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。”(刘淮宇/文 谢奇勇/摄)
注:天运是立项前八院自己编的代号,立项后已经改名。
http://news.xinhuanet.com/mil/2015-12/17/c_1117494886.htm
为了降低卫星发射成本,适应一箭多星的发展趋势,长二丁研制团队还在研发被称为“太空巴士”的多星上面级,其发动机可实现20次重复启动,可以一次将10颗卫星放置在不同高度的轨道上。
“目前使用于长征二号丁、长征四号火箭的通用多星上面级已经进入工程研制阶段,计划2017年下半年发射。”谈学军说。
专家介绍,“上面级”是一种介于有效载荷与基础级运载火箭之间的具有自主轨道机动能力的新型运输工具,可以自主地将不同载荷运送到不同轨道。未来中国还将进一步研究发挥“上面级”清理空间废旧卫星的作用,使“太空巴士”能载着废弃卫星一起飞向“坟墓”轨道,腾出有价值的轨道空间,减少对其它航天器的影响和威胁。