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中国一新型航天器今年首飞,中国太空摆渡车今

文章作者:新葡萄京官网 上传时间:2019-05-07

图片 1 吊装中的美国“半人马座”上面级

图片 2   远征一号(科学报图片)

  2015年是中国航天发射的又一个密集年,计划完成20次宇航发射,将超过40个航天器送入太空。而3月30日这一天将成为中国航天再创多项第一的日子:新一代上面级远征一号即将以“太空摆渡车”的使命迎来首次太空之旅。“上面级”是什么?“远征一号”未来又将担负什么样的太空发射任务?它的出现将带给中国航天哪些深刻的变化呢?或许可以从远征一号这个名称中看到一些端倪。

图片 3   美国“半人马座”上面级(资料图)

  远征一号上面级是什么?

  全国两会期间,全国政协委员、中国航天科技集团一院党委书记梁小虹透露,由该院研制的我国首个“太空摆渡车”——“远征一号”将于今年首次试飞。虽然此次首飞试验不执行具体任务,但据悉将会模拟未来任务的全过程。航空科普专家、《航空知识》副主编王亚男在接受《中国科学报》记者采访时表示,“太空摆渡车”可视为航空领域又一“门槛级”技术,“远征一号”首飞成功则意味着我国在航空航天技术领域再进一步。

  所谓上面级就是运载火箭最上面的一级或多级,其以下的几级火箭被称为基础级。上面级有自主轨道机动能力,在轨飞行时间长,一般可多次启动点火,满足不同发射任务需求,能将一个或多个有效载荷(如卫星、空间探测器等)送入预定轨道,就如同机场的摆渡车。使用上面级可以大大减少有效载荷自身的燃料消耗,从而大大延长工作寿命。

  梁小虹也指出,掌握该技术后,“太空摆渡车”将在我国未来的月球、火星等深空探测任务中,在轨道转移、空间碎片清理等轨道服务中,在新材料、新技术验证等空间试验领域中发挥重要作用。

  据长征-3A系列运载火箭总设计师姜杰在两会期间接受专访时透露,长征-3C/远征-1是在原本3级的长征-3C火箭上面增加一级,从而变成4级火箭。4级火箭的主要任务是搭载可以直接入轨的卫星。以往的3级火箭只能将卫星送至转移轨道,即3级火箭发射的轨道是椭圆的,卫星需要变轨为圆形轨道。而改进后的4级火箭可以直接将卫星发送至距离更为遥远的目标轨道,卫星不需要再变轨。3级火箭的飞行只需要半小时左右,而4级火箭则需要飞行4~6小时,能飞到几万公里的外太空。

  多用途的上面级

  远征一号将为谁“摆渡”?

  专家介绍说,“太空摆渡车”并不神秘,它只是运载火箭最上面的一级(或数级),也是最后一级(上面级以下的几级被称为基础级),简称之为“上面级”。通常,有效载荷(如卫星等)通常和上面级一起,由基础级运载器发射进入准地球轨道或地球轨道,再进一步由上面级送入预定工作轨道或预定空间位置。

  对于30日远征一号将要摆渡的首个“客人”是谁,中国航天业界并不愿过多评论。不过国内媒体此前曾公开报道称,2015年我国计划发射4颗“北斗”全球导航试验卫星,对全球导航卫星系统中的新技术进行验证。

  据媒体报道,自上世纪80年代末开始,我国先后研制出多型固体推进剂上面级,共进行了10次飞行,全部取得成功。但这些只能满足某种单一任务,尚不具备处理复杂太空任务的能力。

  据中国运载火箭研究院党委书记梁小虹在两会期间介绍,新研制的远征-1上面级有四大特点:一是兼具运载器与航天器的技术特性。它是在运载火箭或重复使用运载工具上面增加的相对独立的一级或多级,可依靠自身动力携带航天器继续飞行。二是可多次启动。运载火箭将其送入太空后,上面级能多次点火启动,满足不同发射任务的需求。三是工作时间长。上面级长于运载火箭的工作时间,可以达到数小时、数天乃至数十天。远征-1上面级首次采用了液体推进剂,在轨工作时间为6.5小时。四是可以先后把不同“乘客”送到不同目的地。在太空,上面级接力火箭继续执行飞行任务,可通过飞行轨道的变化,将携带的一个或多个航天器直接送到工作地点。

  那么,“远征一号”与此前的运载火箭上面级有何区别?

  由于上面级拥有众多优点,美俄等国很早就在研制并使用。美国目前总共研制出10多种上面级,用于发射大、中、小型有效载荷。如“阿金纳”、变轨级、有效载荷助推舱/Star-48B、惰性上面级、“半人马座”上面级等。

  军事评论员宋忠平在接受《中国科学报》记者采访时说,此前的运载火箭上面级多采用固体推进剂,无法重复点火,故其所能执行的任务也比较单一;“远征一号”上面级采用液体推进剂,能够多次启动,在太空工作时间较长,可以执行多项、复杂任务。

  苏联/俄罗斯也先后打造了各种上面级。如D段、DM段、DM-SL段、微风-KM、微风-M和“弗雷盖特”等上面级。欧洲航天局后发制人起点高,研制了可贮存液体上面级EPS以及低温上面级ESC-A和ESC-B。这些航天大国,不仅用装有上面级的运载火箭把卫星直接送入轨道,美国还曾用航天飞机发射卫星和空间探测器,它是靠装在货舱内的有效载荷助推舱/Star-48B上面级来发射。目前,为了降低卫星成本,美国GPS-2F导航卫星不用远地点发动机入轨,而用装有上面级的“宇宙神-5”或“德尔塔-4”火箭直接送入工作轨道。

  “比如一次发射两个以上卫星,这几个卫星处于不同轨道。运载火箭推送到第一个预定轨道,上面级点火释放一颗,到另外轨道,上面级再点火释放另外一颗,如此类推。”宋忠平说,“不妨认为它是一种货运飞船,既是一个运载工具,又是一个航天器,兼具二者的特性。”

  上面级也常用于“一箭多星”发射,以有效降低发射成本。美国的“半人马座”、俄罗斯的微风-M、欧洲的EPS等著名上面级,具有多次变轨、高精度导航、星箭接口适应性强等特点,都具备多星多轨道发射能力,进行快速组网。如2015年3月28日(北京时间),装有“弗雷盖特”上面级的俄罗斯联盟-ST火箭就一举发射了第7颗和第8颗欧洲“伽利略”导航卫星,把它们分别送到两个轨道面。美国甚至还用上面级完成某些特殊任务,比如用“半人马座”上面级先将美国“月球陨坑观测与感知卫星”送至月球轨道,然后用“半人马座”上面级对月球进行撞击。

  宋忠平告诉记者,“远征一号”上面级最大的特点就是液体推进剂赋予它的具备多次重复启动的能力。

  远征一号不只是一个任务型号,而是系列编号

  也就是说,“远征一号”上面级不再是单纯的运载火箭中的一级,或者说它已不仅仅是个运载工具,到了太空,它就成了“太空摆渡车”,背负起将有效载荷送入指定目的地的责任。

  据了解,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,并进行了多次飞行,全部取得圆满成功。但此前的上面级均为满足某种单一任务而研制,只具有一次启动能力,工作时间较短,对于更多发射任务适应性较弱。远征一号作为一种液体推进剂上面级,有望成为中国航天领域真正意义上的“太空摆渡车”。

  王亚男还指出,被称之为“太空摆渡车”的上面级,作为具有一定的轨道机动能力的末段运载器,不仅能够满足航天器的变轨需求,增强了发射效率,还有利于延长卫星在轨运行的寿命。

  梁小虹表示,为加强中国航天在深空探测、空间试验等空间领域的探索和服务能力,中国运载火箭技术研究院将按照系列化发展的思路,在远征一号的基础上逐步构建多种类、多用途的上面级产品。

  而由于“远征一号”上面级要求同时具备多种特性,被火箭设计师称之为真正意义上的“太空摆渡车”。

  发射卫星新手段

  据媒体报道,“远征一号”是我国首次采用液体推进剂的上面级,在轨工作时间可达6.5小时。

  “远征一号”上面级能够“在轨工作6.5小时”是什么概念?王亚男告诉记者,6.5个小时足够部分卫星完成大幅度的变轨,或者完成某种卫星较为复杂的发射和入轨。

  “‘太空摆渡车’在太空的机动运输能力很强。”王亚男认为。“太空摆渡车”的问世,将大大增强我国运载火箭的任务适应性。

  宋忠平补充说,从上面级自身整体设计来看,它本身应有姿态控制系统和导航系统,作为小型“货运飞船”,它能向各级轨道输送更多有效载荷。“‘远征一号’连续工作6.5小时,这时间足够把不同载荷运载到不同轨道;而且这几个轨道可能差异很大,包括近地轨道、中高度轨道、远地轨道的连续变轨。”

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