一箭22 星，長征八號“變形”創(chuàng)紀(jì)錄

文/胡藍(lán)月

▲長八遙二火箭起飛 屠海超 攝

一支穿云箭，散布滿天星。

首飛一年后，長征八號運(yùn)載火箭在2022 年2 月27 日以全新姿態(tài)第二次從文昌航天發(fā)射場起飛。此次出征，長八火箭“輕裝簡行”，去掉了兩枚助推器，從兩級半變?yōu)閮杉壌?lián)構(gòu)型，整流罩縮短，攜帶22 顆衛(wèi)星奔赴500 千米外的太陽同步軌道，刷新了我國一箭多星發(fā)射的紀(jì)錄，也快速交出了商業(yè)衛(wèi)星共享發(fā)射的第一張滿分答卷。

22位“乘客”享受頭等艙

長征八號運(yùn)載火箭由航天科技集團(tuán)一院研制，此次搭載的22 顆衛(wèi)星連同衛(wèi)星支架總重約2.6 噸，衛(wèi)星分別來自國內(nèi)7 家商業(yè)航天企業(yè)，最重的“乘客”是一顆重約340 千克的小衛(wèi)星，最輕的一顆微衛(wèi)星重約15 千克。

長八火箭總體副主任設(shè)計(jì)師陳曉飛形容，所有衛(wèi)星都享受頭等艙待遇，長征八號火箭好比駛向太陽同步軌道的列車，22 位乘客經(jīng)過40 分鐘的旅行后，將抵達(dá)同一目的地。

22 顆衛(wèi)星分離時(shí)會互相撞擊嗎？經(jīng)過嚴(yán)格的論證，長八火箭專家給出了明確的答復(fù)——絕對安全，能確保衛(wèi)星放得下、分得開、控得住，目標(biāo)是一次安置到位。

在長八火箭的整流罩內(nèi)，22 顆衛(wèi)星化零為整，按照重量、大小被安置在三段式多星支架上，每顆衛(wèi)星都有固定“座位”，等到火箭抵達(dá)指定位置，再按順序依次“下車”。

因?yàn)?2 顆衛(wèi)星主要為光學(xué)遙感衛(wèi)星，在經(jīng)過目標(biāo)觀測點(diǎn)時(shí)需要充足的光線，才能對同一地點(diǎn)開展連續(xù)觀測。經(jīng)過協(xié)商，火箭被安排在陽光直射、最適宜觀測的中午起飛。

整流罩內(nèi)的三段式多星支架自頂向下被劃分為3 層。頂層圓盤像頂帽子，上面安置了6 顆衛(wèi)星；中段的圓筒好比軀干，承載空間大，分兩層掛載14 顆衛(wèi)星；末段錐形似裙擺，搭載兩顆較輕的微小衛(wèi)星。

長八火箭結(jié)構(gòu)總體副主任設(shè)計(jì)師于龍介紹，當(dāng)火箭末級抵達(dá)指定位置，調(diào)整方向，分12 次釋放衛(wèi)星。

從頂層圓盤開始，多星支架朝飛行方向彈出第一顆衛(wèi)星，隨后火箭末級帶動支架在空中轉(zhuǎn)體，衛(wèi)星有節(jié)奏地與火箭分離，依次飛向工作軌道，支架軀干上最后一組6 顆衛(wèi)星同時(shí)解鎖，如煙花盛開，一首由22 顆衛(wèi)星奏響的太空圓舞曲落下帷幕。

▲長八遙二火箭整流罩內(nèi)部

經(jīng)測算，衛(wèi)星無論是在剛分離時(shí)，還是在繞地球飛行2～3 周后，都安全可控。

提高發(fā)射服務(wù)性價(jià)比

長八火箭700 千米太陽同步軌道的運(yùn)載能力可達(dá)5 噸，本次發(fā)射任務(wù)衛(wèi)星總重約2 噸，加上衛(wèi)星支架總重也不超過3 噸，如果用長八首飛的兩級半構(gòu)型執(zhí)行任務(wù)，就像“大馬拉小車”——成本高、收益少。

為此，長八火箭研制團(tuán)隊(duì)在確保安全可靠的前提下，對箭體做“減法”，既能完成發(fā)射任務(wù)，又能節(jié)約成本。全新面貌的長征八號遙二火箭是在首飛成功的長征八號基礎(chǔ)型上不增加研制成本、牽引出的一枚改進(jìn)型火箭。

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，研制團(tuán)隊(duì)結(jié)合本次飛行條件，優(yōu)先采用已有的成熟技術(shù)和產(chǎn)品，在長八首飛的飛行包絡(luò)內(nèi)執(zhí)行任務(wù)。

▲仰視長八遙二火箭

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，長證八號芯一級與長征七號芯一級基本一致，芯二級與長三甲三級基本一致，采用了通用的4.2 米直徑整流罩，分系統(tǒng)和下游配套單位可以直接提供成熟產(chǎn)品，快速用于火箭總裝總測。

在發(fā)射環(huán)節(jié)，去掉兩枚助推器后，由助推器執(zhí)行的點(diǎn)火、分離環(huán)節(jié)取消，火箭執(zhí)行的動作更簡單，火箭可靠性隨之提升。

科研人員的研制理念是模塊化、系列化、組合化。這也是新一代運(yùn)載火箭研制的基本思路，面向商業(yè)航天市場，多星發(fā)射將成為長八火箭的常態(tài)。

基于成熟技術(shù)和產(chǎn)品，長八火箭可以有效提升研制效率、提高火箭發(fā)射服務(wù)性價(jià)比。以此次發(fā)射服務(wù)為契機(jī)，長八隊(duì)伍還將推動搭載模式及星箭接口的標(biāo)準(zhǔn)化，以提高長八任務(wù)的適應(yīng)性，更靈活、快速地執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。

專家強(qiáng)調(diào)要追求性價(jià)比，每發(fā)火箭承擔(dān)的任務(wù)不同，相比技術(shù)突破，這次發(fā)射更注重商業(yè)邏輯，降低成本，提高效率。

據(jù)悉，目前長八火箭總裝最快是23 天，但總裝后從天津廠房運(yùn)到發(fā)射場，還需進(jìn)行火工品安裝、單元測試等工作，周期仍較長。在長八火箭總指揮肖耘看來，如果在發(fā)射場旁就近建設(shè)總裝測試廠房，把發(fā)射場測試和出廠測試合二為一，火箭總裝、測試后直接到塔架上準(zhǔn)備發(fā)射，就能節(jié)省一系列測試、檢查、轉(zhuǎn)運(yùn)步驟，極大壓縮火箭在發(fā)射場的周期，適應(yīng)未來市場對長八火箭快速發(fā)射的需求。

把視野放長遠(yuǎn)，一院海南分院項(xiàng)目落地文昌國際航天城，將布局建設(shè)創(chuàng)新研發(fā)區(qū)、商業(yè)航天區(qū)等功能區(qū)，論證布局重型運(yùn)載火箭、新一代載人運(yùn)載火箭總裝測試基地和大型地面試驗(yàn)設(shè)施。文昌國際航天城管理局也多次公開表示，海南將用足用好國家政策，加快推動文昌航天發(fā)射場建設(shè)商業(yè)發(fā)射工位。為此，海南總裝測試廠房已經(jīng)開始施工建設(shè)，發(fā)射工位也正在論證過程中。屆時(shí)，7 天就能實(shí)現(xiàn)一次長八火箭發(fā)射，一年可發(fā)射50 發(fā)。

▲長八遙二火箭吊裝星罩組合體

正如肖耘所言，未來航天產(chǎn)品也要像汽車那樣采用脈動式生產(chǎn)，用流水線的方式制造火箭，長征八號將有力推動我國中型運(yùn)載火箭的更新?lián)Q代，滿足未來中低軌高密度發(fā)射任務(wù)需求。

共享發(fā)射 前途遠(yuǎn)大

長八遙二火箭這次發(fā)射任務(wù)很特殊，2021 年前后經(jīng)歷了3 輪“拼車”，10 月份才敲定最后一份合同，此時(shí)距離火箭發(fā)射僅剩4 個月。

2020 年12 月，長征八號運(yùn)載火箭首飛成功，隨后長八隊(duì)伍瞄準(zhǔn)一年后的發(fā)射窗口，提前備料投產(chǎn)，先確定發(fā)射日期，再到市場上尋找“乘客”。尤其是長八火箭作為“新面孔”，亟需第二次成功來鞏固市場信心、積累飛行子樣、增強(qiáng)影響力。

在長八型號兩總的帶領(lǐng)下，商務(wù)團(tuán)隊(duì)和技術(shù)團(tuán)隊(duì)一起行動，在火箭首飛成功2 個月后，從長春到珠海繞著半個中國走訪了一圈，尋找商業(yè)發(fā)射市場。

▲長八遙二火箭相比長八遙一火箭，從外觀就能發(fā)現(xiàn)改進(jìn)不少

我國航天發(fā)射任務(wù)越來越密集，商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量逐年增長，長征八號火箭生逢其時(shí)，機(jī)遇多，競爭也隨之而來。在發(fā)射市場上，長征八號火箭的優(yōu)勢明顯，它采用了長征七號、長征三號火箭的成熟模塊，用最短時(shí)間完成研制，成為我國目前中低軌運(yùn)載火箭中運(yùn)力最強(qiáng)的商業(yè)火箭，基于火箭的運(yùn)載能力，長八火箭發(fā)射價(jià)格具有競爭力。

但就長八遙二任務(wù)而言，要在2022 年2 月完成發(fā)射，面臨著巨大挑戰(zhàn)。首先，所有客戶必須具備在2022年2 月以前發(fā)射的能力，這對衛(wèi)星研制進(jìn)度把控提出了比較高的要求；同時(shí)，長八火箭運(yùn)載能力大，需要尋找更多的小衛(wèi)星用戶“拼車”，以保證發(fā)射服務(wù)總收益能覆蓋火箭成本，因此，火箭方和航天科技集團(tuán)所屬長城公司選定市場需求量最大的500 千米太陽同步軌道。

火箭能否按時(shí)出廠發(fā)射？長八團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)2022 年元旦前后，鎖定發(fā)射時(shí)間，倒排生產(chǎn)進(jìn)度，在沒有明確任務(wù)安排的情況下，提前準(zhǔn)備產(chǎn)品。

航天發(fā)射是高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域，長八團(tuán)隊(duì)和衛(wèi)星用戶謹(jǐn)慎又急切地開始了雙向選擇。

▲長八遙二火箭轉(zhuǎn)場

衛(wèi)星企業(yè)在衡量長八火箭在發(fā)射市場上的可靠性和性價(jià)比，長八團(tuán)隊(duì)對衛(wèi)星企業(yè)的資質(zhì)、研制進(jìn)度和資金實(shí)力做調(diào)研，在安全可靠的前提下提升價(jià)格優(yōu)勢。

針對航天發(fā)射高風(fēng)險(xiǎn)特性，長城公司為一些有需求的客戶安排發(fā)射保險(xiǎn)，組織了多場國內(nèi)外保險(xiǎn)宣講，介紹長八火箭的成熟模塊設(shè)計(jì)理念，讓保險(xiǎn)市場和客戶更好地了解長征火箭的安全性、可靠性。長八首飛成功8 個月后，長八遙二團(tuán)隊(duì)敲定了首批合作伙伴。

隨著發(fā)射時(shí)間一天天臨近，各家衛(wèi)星進(jìn)度不盡相同。星箭接口是第一道關(guān)卡，文件需要列出衛(wèi)星發(fā)射對運(yùn)載火箭和發(fā)射場的技術(shù)要求，以接口控制文件為依據(jù)，星箭才能真正開始“牽手”，進(jìn)行下一步研制工作。

在長八火箭按文件投產(chǎn)了接口部件后，其中一些衛(wèi)星用戶因?yàn)轭l率申請、研制進(jìn)度、資金等問題陸續(xù)退出合作。長八商務(wù)團(tuán)隊(duì)在儲備的用戶名單中重新尋找合作伙伴，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也隨之開展了30 多輪方案迭代。由于搭載衛(wèi)星的數(shù)量和人選一直在變，星箭接口的協(xié)調(diào)工作量很大，長八隊(duì)伍對商業(yè)航天市場有了更深刻的認(rèn)識。

隨著電子產(chǎn)品的集成化、模塊化的發(fā)展，中低軌道的小衛(wèi)星發(fā)射需求呈現(xiàn)井噴式增長，縱覽國內(nèi)外發(fā)射服務(wù)市場，具有高性價(jià)比的共享發(fā)射已經(jīng)成為一種越來越成熟、愈來愈普遍的發(fā)射方式，被市場認(rèn)可。

美國太空探索技術(shù)公司自2021開始，每年向市場推銷兩三次“太空拼車”，也曾一次發(fā)射了143 顆衛(wèi)星；印度曾有過一箭發(fā)射104 顆衛(wèi)星的發(fā)射記錄。

面對國內(nèi)蓬勃發(fā)射的商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場需求，長城公司在2021 年使用長征六號火箭完成了長征火箭的首個共享火箭發(fā)射服務(wù)，又在珠海航展期間舉辦了長征八號、長征二號丁火箭“拼車”發(fā)射簽約儀式。

長八隊(duì)伍總結(jié)稱，目前多變的星箭接口給火箭方帶來巨大的工作量，后續(xù)需要制定產(chǎn)品化的標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范，更多地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，進(jìn)一步簡化流程。共享火箭模式還有很多機(jī)會逐步完善。

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22 顆衛(wèi)星都有什么用

此次由長征八號火箭發(fā)射升空的22 顆衛(wèi)星主要用于提供商業(yè)遙感信息、海洋環(huán)境監(jiān)測、森林防火減災(zāi)等服務(wù)，技術(shù)頗有亮點(diǎn)。

泰景三號01 星是0.5 米分辨率可見光遙感衛(wèi)星，接近240 千克，高分辨率、高質(zhì)量的光學(xué)遙感圖像可以用作資源詳查、城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域，有望服務(wù)國內(nèi)廣大相關(guān)企業(yè)、政府等機(jī)構(gòu)。

泰景四號01 星是國內(nèi)首顆X波段商業(yè)SAR 衛(wèi)星，約340 千克，是22 顆衛(wèi)星中的“大哥大”，可用于全天時(shí)、全天候地獲取高分辨率地表雷達(dá)圖像，向用戶提供多樣化、高質(zhì)量SAR 圖像。

海南一號01/02 星均是對地觀測遙感衛(wèi)星。海南一號01 星主要應(yīng)用于海上動態(tài)目標(biāo)觀測，海南一號02 星可對港口、機(jī)場、重點(diǎn)城市等進(jìn)行觀測，獲取彩色圖像，具備視頻成像功能，兩者將有效服務(wù)海南省及周邊區(qū)域的海洋保護(hù)、漁業(yè)生產(chǎn)和自然資源調(diào)查等多個領(lǐng)域。

文昌一號01/02 星均是寬幅可見光遙感衛(wèi)星，單星約62 千克，主要功能為對地對海成像和船舶信號采集，將為用戶提供光學(xué)遙感圖像和船舶監(jiān)測數(shù)據(jù)，對我國海洋海情監(jiān)視和船只識別、監(jiān)視提供技術(shù)支持。

吉林一號高分03D10～18 星作為高分辨遙感衛(wèi)星，可獲取分辨率優(yōu)于0.75 米、幅寬大于17 千米的靜態(tài)推掃影像。吉林一號MF02A01星是多功能業(yè)務(wù)化衛(wèi)星，主要用于驗(yàn)證新型通用化衛(wèi)星平臺設(shè)計(jì)的合理性及可靠性。這10 顆吉林一號系列衛(wèi)星將為智慧城市建設(shè)、自然資源監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供助力。

巢湖一號衛(wèi)星是國內(nèi)首顆商業(yè)組網(wǎng)SAR 遙感衛(wèi)星，標(biāo)志著國產(chǎn)商業(yè)SAR 衛(wèi)星正式進(jìn)入批產(chǎn)組網(wǎng)時(shí)代，其設(shè)計(jì)具備6 小時(shí)應(yīng)急成像能力。

創(chuàng)星雷神號衛(wèi)星僅15 千克出頭，用途卻不簡單，將開展基于商用現(xiàn)貨器件的星上數(shù)據(jù)內(nèi)部傳輸和加密存儲技術(shù)驗(yàn)證，為后續(xù)開展低成本民用航天載荷積累技術(shù)和在軌經(jīng)驗(yàn)。

天啟星座19 星主要應(yīng)用于氣象、環(huán)保、地震、林業(yè)、水利、海洋以及船運(yùn)、貨運(yùn)、輸變電、應(yīng)急等行業(yè)用戶的目標(biāo)位置、狀態(tài)等信息的采集回傳。該衛(wèi)星還在國內(nèi)首次搭載了最前沿的碘離子電推進(jìn)系統(tǒng)，主要服務(wù)于衛(wèi)星壽命末期離軌，為履行空間碎片減緩義務(wù)提供更高效的解決方案。

星時(shí)代-17 衛(wèi)星能大范圍獲取地表可見光及熱紅外影像，將重點(diǎn)為成都大運(yùn)會提供場館建設(shè)、智慧賽事、生態(tài)監(jiān)測、應(yīng)急處置等方面的服務(wù)，在碳中和監(jiān)測、防火減災(zāi)、違規(guī)燃燒監(jiān)測、電力巡檢等方面為大運(yùn)會提供綠色安全的科技保障。

▲星時(shí)代-17 衛(wèi)星與成都大運(yùn)會吉祥物

值得關(guān)注的是，啟明星一號衛(wèi)星堪稱中國首個學(xué)生造的遙感衛(wèi)星。2019 年9 月武漢大學(xué)論文答辯會上，有學(xué)生感覺“有很多新想法，但得不到想要的數(shù)據(jù)去驗(yàn)證”，師生干脆決定打造衛(wèi)星，獲取遙感數(shù)據(jù)。先后有50 余名學(xué)生參與設(shè)計(jì)、研發(fā)及測試，包括20 多名本科生，造就了我國首顆可見光高光譜和夜光多光譜多模式在軌可編程衛(wèi)星。未來，啟明星一號衛(wèi)星將為全球所有高校和科研院所提供免費(fèi)共享數(shù)據(jù)。

西電一號衛(wèi)星約88 千克，主要載荷是高光譜探測相機(jī)，可以捕獲到各類特殊類型的地物特征，如植被、土壤以及農(nóng)作物狀態(tài)等。作為中星·絲路天圖遙感衛(wèi)星星座的首發(fā)星，西電一號衛(wèi)星將服務(wù)秦嶺地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，對重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行常態(tài)化監(jiān)測和應(yīng)急響應(yīng)，未來將服務(wù)國土資源管理、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價(jià)、城市遙感綜合應(yīng)用、安全應(yīng)急、數(shù)字社區(qū)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、旅游、考古文保等領(lǐng)域。

▲便攜式測控設(shè)備

火箭發(fā)射衛(wèi)星成功，離不開軌道測控服務(wù)。此次航天馭星為18 顆衛(wèi)星提供服務(wù)，根據(jù)任務(wù)要求，結(jié)合不同衛(wèi)星工作體制、軌道特性等進(jìn)行了精密規(guī)劃和周密部署，共調(diào)用全球27 套地面站。

其中，航天馭星調(diào)用精河站、中衛(wèi)站、庫爾勒站、石家莊站、成都站等共12 套設(shè)備，成功實(shí)現(xiàn)16 顆衛(wèi)星的首圈次同時(shí)測控。

此外，針對此次任務(wù)，航天馭星還投入了6 套自主研發(fā)的新型便攜式設(shè)備，其波束角寬的優(yōu)勢在衛(wèi)星入軌捕獲階段發(fā)揮了極大作用，主要針對衛(wèi)星/火箭機(jī)動應(yīng)急測控、低速遙感數(shù)據(jù)接收、衛(wèi)星高速上注等應(yīng)用場景設(shè)計(jì)，具備多種模式全功能測控和數(shù)據(jù)接收能力，支持多頻段工作和便攜機(jī)動，能夠有效擴(kuò)展星箭測控能力，提升星箭地通信便捷性和靈活性，為快速發(fā)射、應(yīng)急測控、遙感導(dǎo)航等應(yīng)用場景提供了迅捷平臺。