一箭18星怎么保证不撞?火箭把卫星当链球甩出去

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16:32

11月3日8时15分,力箭二号遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区点火升空,把千帆极轨21组共18颗卫星送入预定轨道。这是力箭二号首次执行卫星互联网大规模组网任务。 18颗平板卫星在整流罩里是摞着放的,像一叠盘子。火箭入轨后要把它们一个个放出去,怎么保证不撞在一起?中国新闻网

直觉做法是给每颗卫星配一套解锁机构,按顺序弹开。但18套机构就是18个可能失效的环节,还占重量和空间。这次用了一套多星星箭分离解锁装置,18颗星共用一套机构,一次解锁;星与星之间不靠逐次炸开,而靠甩开。 中科宇航的比喻很直白:过去是扔18次铅球,现在是一次甩出18颗链球。一次解锁也意味着没有18次独立的解锁动作,环节更少,失效点更少。微博

链球不是同时脱手的。火箭末级带着整摞卫星以一定角速度旋转,再按程序分批释放。分批释放的顺序和间隔,决定了每颗星脱手时,前面那颗已经让出了多远。每一颗脱手时,整摞星已经转过一个角度,各自的相对速度方向不同,轨迹像一把甩开的扇子。央视的说法是,火箭精准入轨后,通过分批分离、精确编排分离方式,控制相对时刻和相对速度,让卫星彼此不互相干扰。央视军事

难的不是转起来,而是转得刚刚好。新华网说,这次实现的是“18星批量化惯性旋转分离”,靠的是高精度分离姿态与分离角速度控制。 这套方案有个很形象的双重约束:压牢,但不能压太紧;甩开,但不能甩乱。 压不牢,发射时的振动会让星堆松动;压太紧,解锁时又可能卡住。甩得太轻,星与星分不开;甩得太猛,姿态翻掉甚至撞上。团队通过建立动力学方程,在这两端之间找最优解。机构少了,重量和空间就省下来了;卫星数量增加时,这套装置也能通过接口扩展。新华网微博

分开只是第一关。火箭要按卫星要去的轨道高度和相位来定制飞行方案。 同一批18颗星进入的是同一条极轨附近,速度只差一点点,轨道周期也就差一点点。在轨道上,快和慢跟地面上相反:速度稍大的星会进入略高一点的轨道,角速度反而变慢;速度稍小的星会进入略低一点的轨道,反而跑得更快。于是原本挨在一起的星,会像被无形的手拨开一样,前后越拉越开。不过,轨道是闭合的:如果速度差没算好,两颗星也可能在绕地球半圈后又重新靠近。所以分离方案不能只看刚分开的几秒,还要看之后几圈、几天。它们不是靠“躲”来避免碰撞,而是靠一开始就被安排好的微小速度差,各自走向不同的位置。等拉开到安全距离,地面再按计划把它们逐步调整到各自的工作位置。知乎

所以,“不撞”不是卫星在天上临时反应快,而是地面提前把碰撞可能算掉了:谁先走、隔多久走、往哪个方向走、给多大速度,全都写进了发射程序。卫星在分离那一刻其实是被动的,真正做决定的是火箭和地面。所谓“保证”,是把该算的都在地面上算完。下次再看到“一箭18星”,可以把它想成一场排练了很久的团体操:18个人同时出场,但每个人迈哪只脚、走几步、往哪个方向散开,早就定好了。

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