首發(fā)平板堆疊式衛(wèi)星老火箭煥發(fā)新動能

文/鄧雨楠

7 月23 日10 時50 分，長征二號丁運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，將4 顆衛(wèi)星送入預定軌道，發(fā)射任務取得圓滿成功。其中，銀河航天靈犀03 星首次應用了一系列新技術，呈現(xiàn)出類似古代奏折的平板堆疊式構型，未來前景值得關注。而為了確?！耙患男恰比蝿粘晒Γ蒲腥藛T對長二丁火箭再次實施了優(yōu)化改進。

▲ 長二丁火箭成功實現(xiàn)“一箭四星”

加速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設

銀河航天靈犀03 星由我國銀河航天研制，采用平板堆疊式構型，配置柔性太陽翼和主動熱控流體回路。這是我國首次在軌驗證多星堆疊發(fā)射技術，將為我國巨型低軌通信星座的快速部署提供技術支撐。

傳統(tǒng)衛(wèi)星多是立方體造型，科研人員為什么要將衛(wèi)星設計成扁平的？這有什么好處呢？

顧名思義，平板構型衛(wèi)星就像一塊板子，通常配置一側太陽翼。發(fā)射前，太陽翼折疊收起，與衛(wèi)星平臺堆疊重合，從整體上看起來是扁平的。

銀河航天首席技術官朱正賢介紹稱，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設需要大批量衛(wèi)星參與空間組網(wǎng)，為了解決效率問題，一方面，需要實現(xiàn)衛(wèi)星批量化規(guī)模制造，解決組網(wǎng)衛(wèi)星數(shù)量問題，降低衛(wèi)星制造成本；另一方面，針對火箭運載需求，需要盡量提高火箭空間利用率，降低發(fā)射成本。

一般來說，平板衛(wèi)星一層一層堆疊起來，火箭空間利用率和發(fā)射效率較高，降低了發(fā)射成本。此外，這種衛(wèi)星構型類似汽車底盤，有助于實現(xiàn)批量生產(chǎn)，壓縮制造時間，降本增效，堪稱工程大系統(tǒng)的最優(yōu)解。

▲ 平板堆疊式衛(wèi)星太陽翼地面展開測試

銀河航天靈犀03 星在火箭內安裝時，像一塊扁平木板，大大減少了占用空間，有望在未來一箭多星發(fā)射中提高火箭空間利用率，進一步降低發(fā)射成本，讓衛(wèi)星發(fā)射“更便利”。

值得關注的是，銀河航天靈犀03星是我國首款使用柔性太陽翼的衛(wèi)星。這種“柔性的翅膀”單層厚度僅1 毫米左右，可以像古代的奏折一樣折疊后裝在火箭里，屆時主體厚度僅不到5 厘米；在軌工作時，“翅膀”拉開，長度約9 米，寬度超過2.5 米。

什么是柔性太陽翼？根據(jù)承載電池片的基板材質，可以把太陽翼分成剛性、半剛性和柔性太陽翼3 類。

▲ 平板堆疊式衛(wèi)星太陽翼在太空中展開示意圖

剛性太陽翼不易發(fā)生變形，但整體較厚較大，會影響航天器正常發(fā)射，半剛性太陽翼也類似，因此催生了可以大幅縮小的柔性太陽翼。

柔性太陽翼一般采用不到1 毫米厚的柔性薄膜結構作為基板，收攏體積更小，質量更輕。這種“柔性翅膀”具有包絡小、重量輕、模塊化等特點，更易于收納，同等質量下面積更大，可以吸收更多太陽能，適合衛(wèi)星大批量堆疊式發(fā)射，對于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設提速增效具有重要意義。

后續(xù)，銀河航天將加速可堆疊式平板衛(wèi)星的批量研制，攻關手機直連衛(wèi)星的相控陣天線、星載大能源系統(tǒng)、數(shù)字處理載荷等核心技術，加速我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設進展。

火箭布局構型再創(chuàng)新

長二丁火箭是航天科技集團八院抓總研制的常溫液體兩級運載火箭，具備發(fā)射不同軌道要求的單星、多星的能力，700 千米太陽同步軌道運載能力為1.3 噸。這次是長二丁火箭今年在太原衛(wèi)星發(fā)射中心第四次發(fā)射，也是今年第四次承擔商業(yè)發(fā)射任務。

長二丁火箭總師李建強指出，一直以來，長二丁火箭憑借可靠的產(chǎn)品性能、優(yōu)質的發(fā)射服務，不斷豐富構型布局，獲得了商業(yè)用戶青睞。

“商業(yè)任務普遍周期短、布局難度高，對研制團隊提出了比較高的要求?！遍L二丁火箭總體副主任設計師丁逸夫透露，在今年4 次商業(yè)任務中，長二丁火箭針對衛(wèi)星特點，進行了一系列布局形式的改進：從“14 星串并聯(lián)+側掛組合”布局，到“4星錯層并聯(lián)”布局，再到“41 顆超多壁掛”布局，持續(xù)進化，不斷豐富大構型布局，在商業(yè)航天市場上一路高歌猛進。

這次執(zhí)行“一箭四星”任務，長二丁火箭發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量雖然不多，但其中有一顆包絡尺寸較大的可堆疊式平板衛(wèi)星。設計師接到為這枚火箭設計構型的任務后，仔細研究了4 顆衛(wèi)星的尺寸、重量等信息，最終設計出“整流罩內艙串并聯(lián)”構型。

下層支承艙上設置“井”字梁，用于放置2 顆包絡尺寸相對較小的衛(wèi)星。上層過渡艙頂部放置包絡尺寸相對較大的堆疊式衛(wèi)星，旁邊并排放置另一顆衛(wèi)星，有效利用了整流罩內空間包絡。

▲ 長二丁火箭分段吊運

據(jù)悉，“整流罩內艙串并聯(lián)”是長二丁火箭首次使用的構型布局，也是長二丁火箭為滿足多星發(fā)射需求進行的又一次技術創(chuàng)新。

“之前沒采用過這樣的發(fā)射構型，設計之初也曾擔心動載荷、力學環(huán)境等問題，但我們做了大量仿真和必要的地面試驗，確?？煽??！遍L二丁火箭副總師紀海崠表示，這不僅拓展了長二丁火箭構型布局，也使其能保持更長久的生命力。

▲ 火箭整流罩吊起組裝

衛(wèi)星順利裝進了整流罩，之后要解決的就是讓它們安全準確“下車”的問題。衛(wèi)星與箭體分離的過程中，需要考慮衛(wèi)星不同的解鎖方式和分離能源所帶來的運動偏差。為保證4 顆衛(wèi)星安全分離，研制人員為火箭設計了精確的分離程序，并根據(jù)衛(wèi)星的不同分離機構，對箭體和衛(wèi)星偏差進行了多輪仿真計算，確保衛(wèi)星之間不發(fā)生碰撞干擾。

想贏得更多用戶，“里子”“面子”都要硬。所謂“里子”，是技術能力。歸根到底，“苦練內功”是滿足用戶需求的核心條件之一。長二丁型號隊伍始終將用戶最苛刻的需求當作能力提升的最好機會，不斷探索全新構型，曾創(chuàng)造性地采用“搭載圓盤”構型，突破了以往側壁搭載對衛(wèi)星數(shù)量和包絡的限制，也不斷進行更多科學系統(tǒng)分析，最大限度地滿足用戶的多樣化需求。

積極競爭尋求最優(yōu)解

面對商業(yè)航天發(fā)展帶來的競爭環(huán)境改變，為爭奪生存空間和市場資源，長二丁火箭需要不斷進行大膽的技術創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，適應更多的用戶需求。

想要達到最優(yōu)解，核心算法就是用“可控的弊”來換取“更大的利”。在李建強看來，前者指設計裕度，后者指贏得更多用戶。

從某種程度上說，每一枚長二丁火箭都是全新的，都有創(chuàng)新的空間。但在高密度發(fā)射態(tài)勢下，長二丁火箭必須采用批量化設計思路，從以往的“單發(fā)性能最佳”轉變到“批量性能滿足”。

“商業(yè)用戶最看重的就是時間和金錢?！崩罱◤娬J為，長二丁火箭從“研制型”轉變?yōu)椤靶∨可a(chǎn)型”，雖然設計的產(chǎn)品稱不上“極品”，但通過管理模式轉變，可以大幅提高火箭的任務適應性和計劃靈活性，縮短研制周期，并降低設計、生產(chǎn)和管理成本，在激烈的市場競爭中贏得先機，“站穩(wěn)腳跟”。

▲ 科研人員在狹小空間內努力工作

為了尋求最優(yōu)解，無論是型號“兩總”，還是一線的設計師、操作人員，每個人在按部就班的工作中都會做到極致“預想”。丁逸夫介紹，由于“整流罩內艙串并聯(lián)”構型布局較矮，橫向包絡較大，整流罩與支承艙內的工作空間最窄處僅為50 毫米。為了讓衛(wèi)星們牢牢地“坐”在“座位”上，總裝人員要擠在狹小的縫隙里面插插頭、擰螺釘，同時還要避免操作過程中殼體磕碰衛(wèi)星。

按照測試發(fā)射流程和技術條件要求，團隊在每次測試工作前開展“預想”，對關鍵操作進行演練，做到各項操作準確無誤；在測試操作后開展“回想”，由技術負責人對操作記錄和多媒體照片等一一確認，保證測試和操作質量。

▲ 長二丁火箭在市場競爭中不斷進步

與競爭對手相比，在“里子”條件差不多的情況下，能夠長期獲得用戶青睞，長二丁火箭憑借的是優(yōu)質的發(fā)射服務。

為了與衛(wèi)星研制方更好地配合，在工作展開前，研制團隊從飛行可靠性、安全性等角度客觀地幫用戶分析合作是否可行，盡力為對方提供技術建議。

在本次任務中，為了保證星箭聯(lián)合操作安全性，型號隊伍在以往星箭聯(lián)合操作細則的基礎上，將聯(lián)合操作流程細化到每一步、每個人。他們在正式操作前，開展“雙想”工作，同時，利用箭體恢復時間，開展模擬操作，有效保證星箭聯(lián)合操作質量。

可以說，無論是在產(chǎn)品設計、科研生產(chǎn)方面，還是在服務保障等方面，長二丁火箭“前行的每一步”都是在和客戶“雙向奔赴”，始終堅持與用戶高頻次地接觸、溝通，聽取用戶的意見與建議后，再不斷超越用戶期待，收獲長期價值。