6月15日，我国太原卫星发射中心成功发射一枚火箭将41颗卫星准确送入预定轨道，刷新了我国一次发射卫星数量最多的纪录。一年多来，中国航天在一箭多星技术上捷报频传，去年2月完成一箭22星发射，本月初又完成一箭26星的发射任务。一箭多星难在哪里？有什么价值？印度和美国曾经有一箭发射100多星的记录，中国一箭多星技术牛在哪里？
一箭22星26星41星连续突破
一箭多星是指一枚运载火箭同时或先后将多枚卫星送入预定轨道的技术。与传统的单星发射相比，能够更充分地利用火箭运载能力，提高发射效率，降低发射成本。一箭多星是一种优越的发射方式。
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为了实现一箭多星，需要解决许多技术。
首先是要提高火箭的运载能力；其次是需要掌握稳定可靠的“星箭分离”技术，卫星从卫星舱里分离出来，不能相互碰撞，还需选择最佳的飞行路线和确定最佳分离时刻，使多卫星在各自的轨道上运行；最后，还必须考虑火箭运载卫星以后，火箭结构角度和重心分布发生变化等问题。
近年来，中国一箭多星技术获得长足发展，去年2月，搭载22颗卫星的长征八号运载火箭在文昌航天发射场成功发射，创造当时中国一箭多星发射的最高纪录。今年6月7日，力箭一号运载火箭在酒泉卫星发射中心升空，一箭26星发射成功。此次长征二号丁运载火箭则实现一箭41星。
启动反推火箭保障分离安全
一次性将41颗卫星安全顺利地送入轨道，首先要解决的是卫星在整流罩内的布局问题，科研团队根据卫星结构、任务需求，采取38颗卫星壁挂、3颗卫星侧壁的方式，给41颗卫星找到了安全舒适的位置。
据介绍，卫星的“座椅”由多星适配器和下方锥形支承舱组成。其中，4米高的多星适配器分成上下两个中心承力筒，38颗卫星绕中心承力筒按列布置。另外，在支承舱上开辟出3个“专座”，成功让41颗卫星全部“上车”。
▲搭载的卫星正在从火箭分离出去。 图片来源/央视新闻截屏
卫星数量越多，卫星从火箭分离出去后在轨道飞行碰撞的风险就越大。本次41颗卫星的“目的地”一致，为了避免出现拥挤碰撞，科研团队将多星适配器上的38颗卫星每一层分为一组，共6组；下方支承舱上的3名“乘客”作为第7组，卫星按组进行依次分离。此外，火箭上还配套了10个反推火箭，通过开启反推火箭拉开每组卫星之间的距离，保障了彼此之间分离的安全性。
上面级一次送7颗卫星进不同轨道
航天专家指出，如果要将多颗卫星送入不同轨道，则需要借助另一种飞行器——上面级（俗称太空摆渡车）。上面级是在火箭上增加的一级独立飞行器，被火箭运送到一定轨道后，它能自主飞行多次点火启动，将一个或多个航天器送入不同轨道空间。
如今，上面级技术已成为各航天大国的“必修课”，目前世界各国研发的上面级达数十种。我国从上世纪80年代末开始，先后研制出多型固体推进剂上面级，实施的多次飞行全部取得成功。近年来，我国又成功研发出具有多种任务适应性的“远征”系列上面级。2015年3月，我国远征一号上面级成功首飞；同年7月，远征一号上面级再次升空，精准地将两颗新一代北斗卫星送入预定轨道。2016年11月，我国针对新一代大推力运载火箭研制的远征二号上面级，跟随长征五号运载火箭发射成功。
2018年12月29日，长征二号丁运载火箭将远征三号上面级送入太空。此后约4小时内，远征三号经过4次精确变轨，把7颗卫星分别送入高度相差数百公里的预定轨道。此次任务中，远征三号按照计划完成21次点火，创下国内上面级在轨点火次数纪录，同时也在国内首次实现将两组卫星部署到不同轨道。
目前，“远征”系列上面级具备20次以上自主快速轨道机动及部署能力，工作时间可达数天，目前已在多种航天发射任务中大显身手。
印度发射104颗卫星不算重大突破
最早实现一箭多星发射的国家是美国。1960年，美国首次用一枚火箭发射了两颗卫星，1961年又实现了一箭三星，前苏联多次用一枚火箭发射8颗卫星，欧洲航天局也掌握了这种发射技术。中国在1981年9月成功地用一枚“风暴”一号运载火箭将一组三颗“实践”二号卫星送入地球轨道，第四个独立掌握一箭多星发射技术。
如今，多国在一箭多星技术领域展开激烈竞争，搭载卫星的数量也不断上升。2017年2月，印度极轨卫星运载火箭（PLSV）成功将搭载的104颗卫星送入轨道，创下当时的世界纪录。此前的最高纪录是1箭37星，由俄罗斯在2014年创造。
▲印度民众观看火箭发射。 图片来源/网络
不过，在航天专家眼中，发射卫星的数字从技术角度来说并非关键，发射方式更体现技术含量。
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩接受媒体采访时表示，印度此次发射的104颗卫星均被送往相同轨道，其中以重730公斤的印度“制图-2D”为主星，带着2颗19公斤重的微卫星，以及101颗不到10公斤重的纳卫星。载荷数量虽多，质量却不大。
庞之浩指出，这次发射算不上重大航天突破，因为印度火箭的太阳同步轨道运载能力只有1.75吨，而中国的长征-4C就达到3吨多。而且，印度这次发射对轨道高度相对要求并不高，这些卫星的轨道高度基本都在距地面500公里左右。
同时，此次任务采用直接发射、逐次释放方式，适用于对轨道高度、相位的精确性要求不是很高的任务。俄罗斯曾在2013年和2014年，用第聂伯火箭分别发射32颗和37颗卫星，采用的也是这种方式。
庞之浩说，如果对火箭运载能力和轨道高度要求更高，则需要采取上面级技术。这种技术中国已掌握，即中国的远征系列。
美国俄罗斯都是一箭多星强国
2021年1月，美国太空探索技术公司(SpaceX)在美国佛州卡纳维拉尔角成功完成了“运输者1号”发射任务，“猎鹰9”号火箭携带143颗卫星进入太空，创下单次发射卫星数量的新纪录。据报道，在发射大约八分钟后，火箭的第一级推进器返回地球，并降落在大西洋上的无人驾驶着陆船上。与此同时，第二级火箭继续上升至预定轨道。
▲SpaceX公司正在发射火箭“猎鹰9”号火箭。 图片来源/SpaceX公司
报道称，SpaceX此次发射把143颗卫星带入太空，超过了此前由印度运载火箭在2017年2月创下的单次发射卫星纪录。这143颗卫星（包括太空探索技术公司的10颗星链卫星）分12波次释放，10颗星链卫星最后释放。
俄罗斯也是一箭多星的技术强国。2013年11月21日，俄罗斯用一枚“第聂伯”运载火箭顺利发射了多颗卫星，发射载荷总数达到32个，超过美国之前一箭29星的世界纪录。2014年6月20日，俄罗斯再次利用一枚“第聂伯”火箭成功将37颗卫星送入预定轨道。
一箭多星为太空商业减少经济成本
在全球商业发射市场领域，竞争越来越激烈，一箭多星极大压减了发射成本，商业应用示范效应显著。各国都在想方设法压缩发射成本，一箭多星、回收火箭是两个主要途径。据媒体报道，印度防务分析师巴斯卡表示，印度能以低于其他国家60%至70%的价格把卫星送入太空。在印度一箭发射104颗卫星中，有96颗来自美国，美国的商业发射技术非常发达，既有国营的NASA（美国国家航天航空局），也有私营的SpaceX公司，选择印度原因就是价格更低。
美国SpaceX公司一箭多星发射星链卫星的计划更庞大。按照其负责人马斯克的设想，星链项目计划在太空搭建一个由1.2万颗卫星组成的网络，为地球提供高速、低成本的卫星互联网。
在中国，一箭多星的顺利升空有赖于我国世界领先的运载火箭技术，也勾勒了我国“卫星快递”的商业图谱。按照我国卫星应用领域现有增速推算，“十四五”期间，在商业卫星产业链下游的卫星应用领域总体市场规模将达到4.15万亿元。在这条庞大的产业链条上，我国较活跃的商业航天企业已超过320家。
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编辑：杨波
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