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太空摆渡车优化体验——远征一号上面级最新研制情况解析

文章来源:中国航天科技集团有限公司    发布时间:2018-02-27

2月11日,西昌卫星发射中心,远征一号上面级在长三乙火箭的托举下起飞,承载着两颗北斗三号卫星,直奔苍穹,几个半小时后,将卫星送入目标轨道。

2018年,被誉为“太空摆渡车”的远征一号上面级迎来了高密度发射,将在一年内执行8次北斗三号卫星工程组网发射任务,护送16颗北斗导航卫星进入预定轨道。

据介绍,远征一号上面级是我国第一枚液体上面级飞行器,有着“太空摆渡车”的美誉。就是这个占火箭总体积不到5%的上面级,却让卫星自发射到进入运行轨道的过程,从数十个小时的变轨时间缩短为5个多小时的直接入轨,并且无需耗费卫星的燃料,使得宝贵的星载燃料可以完全被用于在轨飞行,从而大大延长了卫星的在轨运行寿命。

为应对高密度发射,让“乘客”有更好的飞行体验,中国航天科技集团有限公司一院的研制团队不断创新、改进方案,从而让“乘客”更精准、舒适到达目的地。


试验队队员在工作现场

“坐过站”可调整路线

上面级接过火箭的“交接棒”在太空飞行时,飞行路径和高度都是预置好的。但是,如果出现“上一棒”没有在指定“车站”停车的情况,上面级会怎样调整呢?

一院上面级副总师叶成敏介绍说,以前设计师们更担心火箭无法飞行到预定位置,制订的预案也大多针对这种情况,不过实际上还有一种可能性:火箭飞“过站”。

考虑到这种情况,设计师们对上面级做了相应的技术改进,增加了“冗错机制”,即使“乘客”坐过站,上面级也能重新规划飞行路线,确保将“乘客”准确送达目的地。

上面级在太空飞行时,肩负着两个重要使命——除了将卫星送到指定位置,还要测量自身所处的太空环境,将数据传回地面,以便为后续其他飞行器进入太空积累经验。

随着太空飞行次数的增加,飞行器在太空采集的数据门类不断固化,研制团队对太空环境的认识不断提高,因此有些数据不需重复采集。

叶成敏介绍,此次发射的上面级通过调整测量等相关系统设计,在保证测量需求的前提下,可将环境和力学参数测量传感器的数量从百余个减少到20多个,为上面级“瘦身”,从而携带更多的载荷。


长三乙火箭箭体吊装

铠甲着身防太阳风暴

相比火箭的其他部分,上面级需要在太空环境中停留更长的时间,这就要求它必须能够面对更复杂的太空环境,太阳风暴就是其中之一。

太阳风暴的危害很大,地球内部由于有磁场和大气层保护,受到的影响并不严重。但是,冲出大气层的“太空摆渡车”和卫星就不行了,通讯中断、元器件损毁、数据丢失都有可能发生。研制人员为此花费了不少心思,努力让上面级能顺利应对太阳风暴。

上面级的外部是一层层的绝缘材料,猛烈的太阳风暴会让它们变脆、变硬甚至开裂。为此,研制人员专门给它设计了一件由特殊材料制成的“防护衣”,这件衣服又是一件“冷暖衣”,能确保“太空摆渡车”的“体温”保持正常。

防护是一个方面,但太阳风暴能量极强,不少“漏网之鱼”仍会进入上面级体内。于是,设计师门还需要给其体内的元器件、软件做好备份,万一某一处受到影响,仍有“备份”可接力工作,极大地确保了“太空摆渡车”的在轨安全。


北斗卫星全球组网示意图

上面级家族再添新丁

在不到3年的时间里,远征系列已有3型上面级先后成功首飞。3名远征上面级家族成员各有“神通”。

今年,设计师们将为远征家族将再添一名新成员——远征一号S上面级。远征一号S上面级是专门为满足中低轨、短时间的发射需求研制的一型新产品。

目前,该上面级已经完成总体设计,预计将于今年与长征二号丙运载火箭组合执行太阳同步轨道发射任务。

“远征一号S上面级是在远征一号上面级的基础上进行改进的,是商业版、简化版的远征一号上面级,主要针对短时间的飞行任务。”一院设计师王明哲介绍说。

据悉,远征一号上面级飞行约为6.5个小时,而远征一号S上面级执行任务时间短,与基础级分离完成后马上点火加速,整个飞行任务基本上在1小时以内。因此,型号队伍针对这一任务特点,在远征一号上面级的基础上进行系统简化、元器件等级降低、冗余备份简化等改进,降低成本,打造经济型上面级。

“现在来看,远征上面级家族4名成员基本能满足不同发射任务的需求。未来我们的研发队伍将继续提高上面级任务的适应性。”王明哲说。


【责任编辑:李巨尧 】

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