北斗三號為何會點火4小時後才〞發射成功〞?

來源︰中國青年報作者︰邱晨輝責任編輯︰岳修宇
2017-11-13 10:06

11月5日19時45分,北斗三號第一和第二顆組網衛星在我國西昌衛星發射中心發射成功。視覺中國供圖

和以往航天活動一樣,北斗三號衛星所搭乘的長征三號乙運載火箭,也是在“五四三二一”的倒計時中點火升空的,先是噴出火焰、吼出巨響,隨後刺入蒼穹。不過,這個最讓人熟悉和震撼的畫面,卻只是整個發射的開始,並不意味著最後的成功。

只有火箭將衛星送到指定位置,也就是所謂的某個軌道,才算是完成“扶上馬送一程”的任務,否則即便飛得再高,從火箭這個環節來說也是“功虧一簣”。

也因此,就某次航天任務而言,從火箭點火,到宣布任務成功往往要等上一段時間。這個時間的長短,很大程度上和衛星所在的軌道高低有關,比如高軌道自然要飛得久一些,低軌道飛行相對要省“油”一些,快一些。如果要經過地月轉移軌道,飛向月球,自然要更久。不過那是衛星的事,火箭只需把衛星送到地月轉移軌道即可交差。

至于這一次北斗三號的發射,細心的人可能會留意到,11月5日19時45分,北斗三號所乘坐的長征三號乙運載火箭已經點火,但直到4個多小時以後,整個任務才宣布成功,那時已經接近11月6日凌晨零時。通過公開報道,大家會發現,北斗三號首發的兩顆衛星是地球中圓軌道,這並非圍繞地球的最高軌道,卻為何如此“耗時”?

原因在火箭身上。

事實上,這一次,北斗三號衛星乘坐長征三號乙運載火箭的時間只有半個小時左右,剩下的時間,則都交給了一個名為“遠征一號”的上面級,後者接力,經過3個多小時的奔波,將北斗三號衛星送入目標軌道,才得以完成發射任務。

有的人對“上面級”並不陌生,它和火箭一樣,也是一種運載工具,簡單說即是在原有三子級火箭上面,增加相對獨立的一級,形成“四級火箭”。其功能類似于機場的“擺渡車”,後者將乘客送往不同目的地,上面級則先後將不同的衛星直接送到工作軌道。

也因此,上面級又被稱為“太空擺渡車”。當然,它執行的往往是中高軌航天器發射任務。由中國航天科技集團一院研制的遠征一號上面級于2015年3月31日成功首飛。這一次,是遠征一號上面級第4次執行發射飛行任務。

此前,在沒有“太空擺渡車”時,運載火箭把衛星送入“轉移軌道”後,衛星要通過自身變軌到達工作軌道。中國航天科技集團一院長征三號甲系列火箭副總設計師葉成敏稱,這個過程需要消耗“數噸”燃料,飛行“數天”。而“太空擺渡車”,“接力”火箭飛行後,僅用幾個小時就能把衛星送入工作軌道。

從這個角度來看,4個多小時後即迎來“發射成功”,已是比較快的了。

這也是國際通行的做法。截至目前,世界航天大國先後研發的此類運載器達數十種之多,如美國的半人馬座、俄羅斯微風和護衛艦,都是著名的上面級。畢竟,這樣的上面級不僅能減輕衛星自重、減少衛星的燃料消耗、延長衛星使用壽命,還能增強運載火箭的任務適應性。

至于我國,從上世紀80年代末開始,也已著手研制上面級,不過此前均為滿足某一單一任務而研制,這些運載器對于更多發射任務適應性較弱。而“遠征一號”上面級通用性很強,能多次點火啟動,可滿足不同任務需求。

回到中國全球導航衛星系統的打造,葉成敏說,上面級也是未來北斗三號衛星全球組網的主要發射方式。

他還透露,到2018年,“太空擺渡車”有望新添成員——遠征一號乙上面級。這是上面級中的商業化版本,屆時將與長征二號丙運載火箭組合,執行太陽同步軌道發射任務。

在可以預見的未來,空間活動將變得日益頻繁,一箭多星、直接入軌的發射方式,探月、探火的深空探測任務等需求量將顯得更加可觀。此外,空間站補給的發射與擺渡任務也已提上議事日程,空間碎片主動清理、在軌加注與延壽、目標航天器軌道轉移及系統重構等空間應用產品的市場需求將逐漸顯現。

空間運輸方興未艾,空間應用鴻蒙初闢,屬于“上面級”的空間運輸時代正在向我們走來。

(中國青年報 2017年11月13日)

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