運載火箭是如何在太空中完成」天女散花」的？

日前，印度通過一枚火箭將104顆衛星發射升空。一箭多星就是使用一枚運載火箭同時或先後將數顆衛星送入地球軌道的發射技術，具有可充分利用火箭運載能力、降低衛星發射成本等巨大優勢。

目前，除印度外，美國、俄羅斯、、歐洲航天局和日本等都已掌握一箭多星技術，之前就成功利用長征六號運載火箭將20顆微小衛星送入太空。一箭多星發射技術事實上反映了一個國家彈道導彈的威懾力。美俄所以在一箭多星上長期較勁，就是在互秀各自的分導式彈頭技術，而這恰恰是突破彈道導彈防禦系統的關鍵技術之一。

「一箭多星」備受航天界青睞

纖雲弄巧，銀漢迢迢。人類送到太空世界的第一名「旅客」，當屬的第一名「旅客」，當屬蘇聯1957年10月4日發射升空的第一顆人造衛星「斯普特尼克」。不甘在太空新疆域輸給蘇聯落後的美國迅速發力，於1960年首次實現使用一枚火箭發射兩顆衛星的壯舉，開啟了一箭多星的航天新時代。

此後，人類圍繞一枚火箭究竟可以同時發射多少顆衛星的「扎堆」較量就從未有過終結一發而不可收。嘗到了一箭多星發射「甜頭」的美國於1961年成功實現「一箭三星」。發射。隨後，蘇聯也多次使用一枚火箭成功發射8顆衛星，一箭多星開始駛入數量井噴時代。2013年11月19日，美國軌道科學公司「彌諾陶洛斯」火箭創紀錄地同時將29顆衛星送入地球軌道。僅僅兩天之後，俄羅斯就使用一枚「第聶伯」運載火箭將32顆微型衛星送入太空。

除美俄兩位航天界「大咖」外，歐洲航天局、日本和印度等國也相繼掌握了一箭多星發射技術。於1981年9月成功運用一枚「風暴一號」火箭實現「一箭三星」發射，一口氣將一組三顆「實踐」二號衛星送入地球軌道，成為第四個獨立掌握一箭多星發射技術的國家。隨後，「長征」系列運載火箭逐步實現開展一箭多星發射任務的常態化運作。2013年，成功將「高分一號」對地觀測衛星和其他3顆衛星分別送入不同軌道。，2015年9月20日由長征6號運載火箭成功發射的「一箭20星」，創造了當時的亞洲紀記錄，充分展現了在一箭多星發射領域的實力。

此次印度發射升空的104顆衛星，一舉打破了由俄羅斯於2014年創下的「一箭37星」世界紀記錄，直接將一箭多星的「多」提升到數量上的「百」時代。

事實上，這已經不是印度第一次試水一箭多星。懷抱揣航天大國夢想的印度於2007年實現「一箭四星」發射，並於2008年率先突破個位數紀記錄，實現「一箭10星」發射。2016年6月，印度將20顆衛星一箭送入太空軌道。

「太空散花」其實並不容易

在此之前，由自主研製的首枚固體運載火箭長征十一號，就曾搭載4顆衛星實現固體運載火箭的一箭多星發射，標誌著衛星發射將進入數量大、時間短的「快遞」時代。雖說一箭多星可充分「榨乾」運載火箭的最後一點運載能力，為衛星發射服務提供多種選擇模式，但並不意味著這種優越的發射方式技術難度就比別人低。要想實現太空「散花」，還真得下一番苦功夫。

目前，國際通用的一箭多星發射方式主要分為兩大類。一種是「單次多放」，即把幾顆衛星一次送入一個相同或幾乎相同的軌道上去。另一種則是「多次單放」，即分批分次釋放衛星，把各枚衛星「挨家挨戶」地送到他們的太空「新住處去」。要想實現第二種精確化投送，就需要運載火箭在達到某一預定軌道速度后擇機釋放第一顆衛星，之後繼續飛行，在達到下一個預定軌道速度時繼續釋放，直到把每一顆枚衛星都「完璧歸趙」。可以說，即使是實現了一箭多星發射，但就釋放到相應軌道上。這兩類發射方式，實現難度上也是天壤之存在較大差天壤之別。

「天女散花」實現的關鍵核心，就是如何解決「星箭分離」瞬間大量衛星釋放時的碰撞問題。尤其是在火箭飛行的最後階段，衛星如何按照預定設計程序從衛星「座艙」中順利「出艙」且不能相互擦碰，這就必須為每一顆枚衛星量身定做最佳的飛行路線和最佳分離量時刻，才能真正實現多枚顆衛星的「各行其道」。更何況，一枚火箭同時裝載多顆枚衛星，會對火箭的結構角度和重心分佈帶來改變，每一枚顆衛星出艙瞬間如何保證火箭飛行穩定，避免衛星內部電子設備產生無線電干擾都是擺在技術人員面前的重要問題必須順利解決的頭等大事。從技術角度上講，一枚火箭發射多種不同軌道的衛星難度更很高、技術更很複雜，確實難以掌握。

要想實現一箭多星發射，首先對運載火箭提出了較高要求。運載火箭必須「身強體壯」到可以把數顆枚衛星送入軌道。同時，為了將多顆枚衛星分別送入不同參數的太空軌道，通常還要為他們量身定製專門的衛星分配器。在完成「一箭20星」發射任務中，就將20枚顆衛星分成3層像金字塔般排列，並採用了主星抱子星的裝配方式。此外，衛星平台與載荷的微小型化和標準化也是一箭多星發射的核心技術之一。尤其是在微小型衛星搭載任務中，主載荷完成布置后，留給微小型衛星的空間和重量均非常有限，如何充分利用一箭多星剩餘的發射能力，值得也是一箭多星發射留給我們深入思考。

「小馬拉大車」成就飛天夢想

此次印度發射升空的104顆衛星中，有88顆衛星均來自美國的一家地球圖像公司。而這88顆昵稱為「鴿子」的衛星也互為「孿生兄弟」，每顆僅重5千克。目前，隨著衛星技術的快速發展，出現了一大批重量在1噸乃至500千克以下「身材瘦小」的小衛星，甚至是小於100千克的衛星也屢見不鮮。對於這些小型載荷，單獨發射成本過高，能有效分攤發射成本的一箭多星才真正掃清了微小衛星大應用的最後一道障礙。

在世界各航天大國爭相分搶航天發射「蛋糕」的大背景下，一箭多星無疑具有巨大的市場應用前景。每次發射的衛星數量越多，單顆衛星的花費就有可能越低，如果有批量化的衛星發射訂單，衛星進入太空軌道的「快遞費」甚至可能會更低。隨著空間應用和太空民用需求的不斷拓展，發射能力強、效率高、成本低的一箭多星將創造「小馬拉大車」的極限飛天新局面，成為全球商業衛星發射的「明日之星」。

當然，一箭多星技術自誕生之日起，就不是單純的航天科技。冷戰時期，美蘇兩國之所以在一箭多星發射領域相互角力，不斷刷新衛星同時發射數量紀錄和多軌道釋放能力，其實就是在向對方炫耀其彈道導彈多彈頭分導技術的最新成果。運載火箭與彈道導彈堪稱一體雙生，美國發射「一箭29星」所用的「彌諾陶洛斯」火箭最早就由「和平衛士」洲際導彈發展而來。，無獨有偶，俄羅斯發射衛星所用的「第聶伯」運載火箭，其實也是RS-20「撒旦」洲際導彈的衍生品。

因此，目前能夠真正實現一箭多星發射的國家，無一不是彈道導彈技術的「領頭羊」。能否掌握以一箭多星為代表的先進航天技術，不僅是一個國家在國際舞台硬實力和影響力的重要顯體現，也是一個民族未來發展自信心的重要彰顯。

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▋作者：張乃千、楊詩傑

▋來源：解放軍報

▋監製：鄒維榮

▋責編：韓阜業

▋編輯：亓創

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