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高轨运力现役中型火箭第一!“长七甲”能否将卫星直送地球静止轨道?

2023-01-08
来源:腾讯科技

北京时间2023年1月6日上午,“长征七号甲”遥四星箭组合体正式亮相,并完成从技术区至发射区的转运工作,文昌发射场即将于1月上旬迎来2023年首次发射。

作为我国新一代高轨运载火箭,“长七甲”地球同步转移轨道(GTO)运力不低于7吨,显著高于现役“高轨专列”“长三乙”的5.5吨的GTO运力,是世界现役高轨运力最强的中型火箭。那么,“长七甲”能否将卫星直接送入地球静止轨道(GEO)?

“长七甲”是我国新一代中型捆绑低温液体火箭,基于“模块化、组合化、系列化”思路发展而来,该箭采用三级半构型,助推器、芯一级、芯二级继承自“长七”的对应级段,芯三级使用“长三乙”的三子级模块,其芯三级配备了YF-75液氢液氧发动机,比冲达到了440秒,具备2次启动能力,适合执行GTO等高轨发射任务。但是,运载火箭要将卫星直送入GEO对于火箭末级有着更高的要求。

当“长七甲”在执行GTO任务时,利用了霍曼转移(Hohmann transfer)方法,即在两条倾角相同、高度不同的圆形轨道间转移卫星的最小能量方法,通过一条与小圆形轨道外切、与大圆形轨道内切的椭圆轨道完成转移。火箭末级在一次点火关机后,末级和卫星组合体通过滑行进入圆形停泊轨道,随后通过在停泊轨道与椭圆形的地球同步转移轨道(GTO)切点即GTO近地点附近进行二次点火,末级和卫星组合体进入GTO,二次点火关机后组合体继续滑行一段时间,随后星箭分离,卫星飞向GTO远地点,并最终在GTO远地点通过自身动力完成轨道近地点高度抬升和轨道倾角调整。

如果要使用“长七甲”进行GEO发射,利用霍曼转移轨道,末级和卫星组合体在进入停泊轨道后至少要进行2次点火加速,加上末级在入轨之前的1次点火,末级至少需要进行3次点火,这还只是理论最低值。在实际发射中,末级与卫星组合体在进入GTO远地点后,末级通常是通过多次点火才逐步完成抬升近地点、调整轨道倾角的工作,且要具备较长的点火时间。由此可知,末级具备2次点火能力的“长七甲”在目前构型下无法完成直送入轨的GEO卫星发射任务,但还是有办法实现的。

2019年12月16日,搭载“北斗三号”M19、M20双星的“长三乙”改三Z遥六十七运载火箭从西昌发射场成功发射,将北斗双星直接送入中地球轨道(MEO),此次任务在芯三级之上配备了“远征一号”遥十五上面级。为了满足中高轨卫星直接入轨的需求,我国立足“北斗”导航系统工程的需求,研制了“远征一号”上面级,并发展出了“远征一号甲”、“远征二号”和“远征一号S”等“远征”系列上面级产品,可以将多种地球低、中、高轨卫星直送入轨。以“远征一号”升级版“远征一号甲”为例,其启动次数达20次,能够完成不同轨道的多星部署,工作时间在40个小时以上。

对于“长七甲”而言,通过搭配“远征一号”、“远征一号甲”、“远征二号”等上面级可以为卫星发射增加多次点火次数,点火时间和机动能力,并为“长七甲”提供直送入轨的GEO卫星发射能力。同时,通过搭配上面级,“长七甲”还能实现探月、探火和小行星探测等深空探测任务。



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