SpaceX(美國太空探索技術公司)的星鏈計劃已經進入實測階段,預計今年將會完成部署星鏈的1584衛星到550公裡近地軌道的任務。6月13日,SpaceX用獵鷹9火箭將61星送入太空,這已是該公司第九次用一箭60星以上的方式完成發射任務。很多網友好奇——一箭多星是如何完成發射任務的?
一箭多星很容易理解,就是用一枚火箭將數顆衛星送入預定軌道的技術。當前,美國、俄羅斯、中國、印度、日本以及歐洲航天局都掌握了「一箭多星」的技術。2017年2月15日,印度用一枚火箭將104顆衛星(包括1顆730kg的主星、2顆19kg的微衛星以及101顆小於10kg納衛星)送入同一地球軌道,成為一箭多星的記錄保持者。我在想,如果印度當時把那顆主星和另外2顆微衛星換成77顆納衛星(質量小於10公斤且具有實際功能的衛星),那麼那次的發射記錄將會變成178顆衛星。如果用長徵五號火箭,可以把兩千多顆納衛星同時送入地球同一軌道。從此,不難看出,一箭多星,衛星的數量並不是關鍵,真正的關鍵是發射方式。
一般地,一箭多星的發射方式有兩種:第一種,把所有衛星全部送入相同或者相近的軌道;第二種,把數顆衛星依次送入不同的預定軌道。相對來說,第一種方式簡單,易操作;第二種方式複雜,技術含量高。印度的一箭104星使用的便是第一種發射方式。雖說,第一種發射方式相對於第二種方式簡單,但是,也需要很多關鍵性技術。比如,星箭分離必須保證準確無誤,釋放衛星時要保持好距離和節奏,不能發生相互碰撞等等。
第二種發射方式就是運載火箭帶著所有衛星到達第一個預定軌道時,釋放第一顆衛星,使其進入第一個指定軌道,然後火箭繼續帶著衛星上升到一下軌道,釋放第二顆衛星,依此類推,直到把所有衛星送入不同的指定軌道。一般來說,運用第二種發射方式時,介於運載火箭和衛星之間存在一個「上面級」,可多次點火啟動,將一個或多個載荷送入指定軌道。我國有多個技術成熟的上面級系統,尤其近年來研發的「遠徵」系列的上面級,不但工作時間長且具備20次以上自主快速軌道機動及部署能力。翻開北鬥導航系統的發射記錄,會發現多次一箭雙星的發射任務,其中就有「遠徵」系列上面級的功勞。
SpaceX的一箭多星發射星鏈衛星的方式屬於第一種,而且並未送入最終的軌道。很多衛星都是有自主變軌的能力,星鏈衛星也不例外。獵鷹9火箭將衛星送入預定軌道,一排星鏈會在遠地點進行變軌,去到自己的指定軌道中。需要注意的是,衛星的變軌幅度是有限的,不可能進行大幅度變軌道,因此,一箭多星第二種發射方式中上面級的作用是不可替代的。
一箭多星並不是數量越多就越厲害。載荷數量,軌道跨幅,載荷的質量決定了一箭多星的水平。