政尔卡 发表于 2017-6-29 11:21:01

中星九A卫星正在一步步飞向正常轨道

  6月19日0时11分,在西昌卫星发射中心,长征三号乙运载火箭发射了中星9A广播电视直播卫星。但在发射过程中,由于火箭第三级工作异常,导致了卫星未能进入预定轨道。但中星9A的太阳帆板已经正常展开,星上设备也全部激活,发射团队正在采取有效措施。
  这个新闻公开报道后,国内网友的普遍反应是淡定和理解,大部分评论是:失败是成功之母,难得见一回“不成功”。
  国内网友的成熟和淡定值得肯定,这是我们综合国力日益强大的体现。但是对卫星公司本身和发射团队来说,却不能用一个“淡定”一推了之:毕竟,中星9A这种大功率通讯卫星,一颗的价值可能就在10亿元人民币以上,加上火箭的价值,可能高达十几亿元。
  目前在太空飞行的中星9A已经全面激活,可以靠自己的动力系统,最终实现成功定位!因此我们不要认为此次发射“已经失败”,目前的状况,是“还在逐步定位成功的半路上”。
  为何通讯卫星没有一次定位成功也可以继续“抢救”?这就体现了通讯卫星的特殊性。中星9A是采用我国经典的东方红四号卫星平台的大容量通信卫星。
  中国从1970年开始发射卫星,第一颗卫星被称为“东方红一号”,以后是东方红二号、三号;此后,凡是中国的卫星,都被称为“东方红”系列,就像运载火箭叫“长征”系列,战略导弹叫“东风”系列一样。
  目前我国的东方红卫星,有3号、4号、5号之分,都已发展成为卫星系列框架平台,每种卫星平台,就像一台“空间小货车”,可以根据任务,装载不同的有效载荷。对通讯卫星来说,直接有效的载荷就是空间信号转发、放大器。
  东方红4号卫星平台,整星质量在4500KG—5000KG,其中有效载荷质量,一般不超过700KG,而卫星携带的燃料高达2500KG,如此多的星载燃料,本来的目的是长期维持同步轨道的精确定位,因为中星9A的原本设计使用寿命高达15年,只有携带足够的多的燃料才能保持长时间的轨道稳定。
  本次发射使用的长征三号乙,同步轨道最大运力在5吨左右。按照原计划,火箭的前两级,应该让第三级火箭和卫星的组合体,达到略微超越第一宇宙速度,“在空间滑行”一段距离,然后第三级火箭再次点火,把卫星送到远地点36000公里以上的大椭圆转移轨道,最后卫星本身的发动机再在远地点开机,定位于赤道上空36000公里的地球同步圆形轨道。
  同步卫星的发射,若前两级火箭有故障,没有达到第一宇宙速度,那么整个发射体要立即坠向地面,导致发射完全失败;另一个容易导致失败的状况是,通讯卫星发射后,太阳帆板不能展开,卫星电池的电量几天后耗尽,即使定位成功,也没有任何用途,因此太阳能帆板的展开动作也极其关键。
  我国的东四卫星平台,研发初期可靠性不高,前两颗——鑫诺2号和尼星上天后,就因打不开太阳帆板而报废;后面的十来颗,全部定位成功。
  本次中星9A的飞行过程,前两级火箭都没有问题,而且太阳帆板已经顺利展开,电量充足,星上设备也正常开机,但就是转移轨道的高度,没有达到36000公里!这种状况,可以采取补救性措施。
  目前,中星9A的故障原因已经基本查明:就出在第三级火箭和卫星组合体滑行期间,地面测控中心对其姿态掌握不够精确,二次点火的姿态有问题。
  长征三号乙运载火箭在第二次启动后,火箭第三级在滑行过程中的姿态没有控制好,火箭当时本来处于负滚动,应该给它一个正滚动的指令,让火箭通过负反馈保持稳定的姿态运行,结果实际操作搞错了,再次点火后,没有进入预定的大椭圆轨道。好在中星9A卫星本身具有动力系统,可以靠“自带干粮”慢慢实现变轨。
  笔者打个比喻:这相当于火箭本来“应该开车把卫星一次性从南京送到北京”,但卫星在天津就稀里糊涂的下了车,剩下的从天津到北京的路,就需要“卫星自己下步去走了”,好在卫星背包里还有面包和矿泉水,可以最终步行“走”到北京。
  中星9A卫星需要多次变轨到达预定轨道,这一过程可能需要20天左右。目前,中星9A卫星已实现两次变轨,轨道提升到近地点251公里、远地点17090公里的椭圆形轨道,最终目标轨道是高度3万6千公里的圆形轨道。看似还有接近2万公里的巨大轨道高度差,实际上对已经以每秒8千米以上速度高速飞行的卫星来说,要想再提高到每秒9千米以上大椭圆轨道的速度,只需要在近地点开发动机一到两次,就能达到远地点36000公里的高度,然后再在远地点变轨,就可以最终在地球同步轨道定位成功。
  虽然进行多次变轨,能使中星9A最终到达预定轨道,但是变轨的过程中,中星9A卫星会消耗大量推进剂,未来定位成功后,用于长期轨道精确维持的推进剂,就不够用了,使得原本是15年的设计寿命,减少10年。
  研制一套成熟可靠的火箭和卫星组合系列,是不容易的,需要经过多年的实践积累,不断的改进,甚至会有失败的教训。中国航天偶然的一次发射缺陷,可以作为改进发射系统的正面教材。
  要成为一流航天强国,必须在火箭和卫星这两样关键技术上,都达到高水平。未来的东方红5号卫星平台,到达同步轨道的总质量,将达到10吨以上,东五平台和长征5号火箭,未来都肩负重要使命。
  (本文来源:admin110)
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