在靠重量取胜的航天家族,迷你火箭是怎样的存在

出品| 网易新闻 作者| 李会超 , 哈尔滨工业大学(深圳)博士后 俗话说 , 好钢要用在刀刃上 。 像天宫二号、神舟系列飞船这样的大型航天器 , 动不动就有8、9吨重 , 中国第一艘货运飞船天舟一号更是接近13吨 , 要把这些庞然大物发射升空 , 自然要用大火箭 。 但是 , 航天器中还有一个数量更为庞大的群体 , 它们的重量最小的只有10公斤左右 , 最大的也不超过1吨 , 送这些“小个头”上天 , 如果同样使用大火箭的话 , 未免大材小用 。 怎么办呢?在中国 , 我们有性能强悍的小火箭 。 (一)在运载火箭家族里 , 往往以“重量”取胜 运载火箭是将航天器从地面发射到太空中的工具 , 衡量其性能的核心指标就是能够运载的最大有效载荷质量 , 几个主要的航天大国都在努力发展自己的大载荷火箭 , 中国也不例外 。 依据目前国际一流运载火箭的发展水平 , 近地轨道运载能力在50吨以上的是重型火箭 , 近地轨道运载能力在15至50吨左右的属于大型火箭 , 运载能力在2至15吨之间的称为中型火箭 , 在2吨以下的叫小型火箭 。 现阶段世界主流的运载火箭的运力多在25吨左右 , 它们承担了各国绝大部分的航天发射任务 , 长征五号就属于这一类 。

在靠重量取胜的航天家族,迷你火箭是怎样的存在

(中国长征系列运载火箭家族) 由于世界各航天大国目前都热衷发展载人飞船和空间站以及深空探测器 , 因此对于运载火箭来说 , 当然是载重越大越好 , 火箭运力大意味着它可以搭载更大的航天器、可以装更多的燃料从而有更大的动力 。 然而 , 在中国的新一代火箭家族中 , 有一些火箭的运载能力比上一代火箭反倒低了不少 , 它们能够向近地轨道发射的最大载荷质量都不超过一吨 , 这样的运载能力 , 也就比这些火箭的“爷爷”、上世纪七十年代服役的长征一号稍微强一点点 。 这些小火箭的出现 , 是航天部门在开倒车吗? (二)中国为何要发展小火箭? 在小型火箭出现之前 , 中国现役火箭最低的近地轨道运载能力为三吨 。 这显然对于近些年蓬勃发展的微小卫星并不适用 。 航天界一般把重量在500kg以下的卫星称为微小卫星 。 近年来 , 随着星上信息管理能力、电池性能、导航姿态控制性能等方面的提升 , 微小卫星的任务能力从最早的简单演示性任务向着高复杂性、长期在轨的运营性任务迈进 。 微小卫星研制的成本低、周期短 , 能够根据客户的具体需求灵活的定制卫星功能 , 因此具有很好的商业价值 , 受到国内外许多商业航天企业的亲睐 。 据预测 , 到2023年 , 全世界每年发射的小卫星数量可达320颗 , 中国近几年的微小卫星也呈现遍地开花的形势:吉林一号的微小卫星未来将与众多卫星组成实时监控全球的遥感卫星网;一些高校研发的微小卫星 , 让中学生们也拥有了自己的卫星……

在靠重量取胜的航天家族,迷你火箭是怎样的存在

(吉林一号小卫星拍摄的美国卫星图) 由于微小卫星重量小、成本低 , 动用运载能力动辄数吨的火箭为其发射不但浪费运载能力 , 而且发射费用可能会远远超过卫星本身的造价 。 因此 , 微小卫星以往常要和大卫星“搭便车”发射 。 但在这种模式中 , “便车”只能把微小卫星送到大卫星的轨道附近 , 这里可能并不是微小卫星的最佳工作轨道 。 同时 , 卫星之间的结构协调和电磁兼容也是需要解决的问题 , 这就制约了搭载发射的选择范围 。 此外 , 传统大中型火箭的发射准备时间较长 , 微小卫星即便幸运地找到了搭车对象 , 也要等待一段时间才能上天 。 (三)小火箭的独门秘籍 为了解决微小卫星的发射需求 , 长征六号、长征十一号和快舟一号运载火箭应运而生 , 它们是为微小卫星量身定做的灵活、快捷、经济的发射工具 。 1、最高纪录一箭20星 , 发射再也不用“搭便车” 其中 , 长征六号为液体火箭 , 可以向700公里太阳同步轨道(SSO)发射最高780-1100kg的载荷 , 运行在这个轨道的卫星通常用来执行对地遥感任务 , 也就是我们通常说的“拍摄卫星照片” 。 长征十一号为固体火箭 , 向700公里SSO轨道的最大发射能力为350-400kg , 向用途更加广泛的近地轨道(LEO)的最大发射能力为700kg 。 快舟一号也是固体火箭 , 向700公里SSO轨道的最大发射能力为200kg , 向LEO轨道的发射能力为300kg 。 从以上这些数据我们可以看出 , 三种火箭为1吨以下的发射需求提供了不同运载能力范围的选择 。 同时 , 这三种火箭都具有一箭多星的发射能力 , 可以一次将多颗重量体积较小的微小卫星发射升空 , 便于它们组网运行 , 将每颗星的发射成本降到最低 。 据新华网消息 , 长征六号曾创造出一箭20星的发射纪录 。


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