打地球同步衛(wèi)星為何要空中關(guān)機(jī)滑翔一段?

昨天成功的胖5遙3任務(wù)中,真正的有效載荷,就是實(shí)踐20號(hào)重型衛(wèi)星。這其實(shí)是一顆東5平臺(tái)的試驗(yàn)通訊衛(wèi)星,也是當(dāng)今世界重量最重的通訊衛(wèi)星。實(shí)踐20號(hào)在這次任務(wù)與2級(jí)火箭分離時(shí),他的自重,包括衛(wèi)星本身和攜帶的推進(jìn)器,包含里面的燃料,其實(shí)還高達(dá)14噸之多。而這個(gè)14噸的物體,已經(jīng)被前面的兩級(jí)火箭,加速推進(jìn)到一個(gè)近地點(diǎn)只有200多公里,而遠(yuǎn)地點(diǎn)高達(dá)距離地面3.6萬公里的大橢圓軌道上,也就是同步轉(zhuǎn)移軌道。而如果這個(gè)衛(wèi)星和推進(jìn)器的復(fù)合體,在運(yùn)行到3.6萬公里的遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí),再瞬間開一次機(jī)進(jìn)行助推,就會(huì)輕松的進(jìn)入環(huán)繞地球3.6萬公里的圓形軌道,也就是定點(diǎn)在地球赤道上空,成為一顆地球同步重型通訊衛(wèi)星。地球同步重型通訊衛(wèi)星的重量都比較大。因此發(fā)射場(chǎng)要盡量選擇在低緯度地區(qū),如果能在赤道上那是最好的。
比如法國(guó)在南美洲的庫魯航天中心就非常接近赤道。一般國(guó)家沒法直接把發(fā)射場(chǎng)建設(shè)在赤道上,因此就選擇盡量的靠近赤道。文昌發(fā)射場(chǎng)就是借助了緯度低,地球自轉(zhuǎn)線速度高和東邊上千海里都是大海的2大優(yōu)勢(shì)。這次胖5遙3的發(fā)射中,其實(shí)從起飛到大約500秒。火箭的助推段和芯一級(jí)已經(jīng)完成了推動(dòng)任務(wù)。也就是第二次發(fā)射時(shí)出現(xiàn)故障的YF77發(fā)動(dòng)機(jī)被證明完全可靠后,此時(shí)上面的第二級(jí)火箭加衛(wèi)星系統(tǒng),已經(jīng)是事實(shí)上安全進(jìn)入了地球低軌道。就算后面有什么小的瑕疵,也基本會(huì)讓衛(wèi)星最終入軌。除非出現(xiàn)太陽帆板展不開,全星掉電這種極端的事故。因此這次發(fā)射,一二級(jí)成功分離,二級(jí)火箭成功點(diǎn)火后,這次任務(wù)其實(shí)就已經(jīng)成功了99%。但是現(xiàn)場(chǎng)畫面一直進(jìn)行到了接近起飛后900秒的二級(jí)火箭中間關(guān)機(jī),需要再滑行大約800多秒后,才會(huì)空中第二次點(diǎn)火開機(jī)。

實(shí)際上2次點(diǎn)火的這段第二級(jí)火箭,已經(jīng)是2臺(tái)YF75D氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)。是研發(fā)成功多年的一個(gè)金牌型號(hào)。過去已經(jīng)有接近100次量級(jí)的成功經(jīng)驗(yàn)。因此到1700秒以后二次點(diǎn)火再推動(dòng)350多秒這段,瀚海狼山當(dāng)時(shí)就知道基本是不會(huì)再有多大問題了。但是也許由于直播在這段沒經(jīng)驗(yàn),也沒提前向觀眾講清楚。就把畫面切換到別處去了。弄得大多數(shù)觀眾還以為胖5的核心部分,也就是YF77發(fā)動(dòng)機(jī)仍然在工作,因此一直提心吊膽了差不多半個(gè)小時(shí)。到最后才得到圓滿成功的消息。實(shí)際上只要前500秒火箭工作正常,胖5作為偏重型火箭的主要任務(wù)段,就已經(jīng)基本成功了。那么為何要用第二級(jí)火箭進(jìn)行二次點(diǎn)火,空中慣性滑行十幾分鐘呢?其實(shí)全球深空發(fā)射任務(wù),包括發(fā)射3.6萬公里的同步衛(wèi)星,以及更遠(yuǎn)的探月任務(wù),甚至是火星任務(wù),大多都會(huì)用到氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的二次點(diǎn)火。美國(guó)的阿波羅計(jì)劃就用到大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的二次點(diǎn)火技術(shù)。這是因?yàn)樯羁瞻l(fā)射任務(wù),橢圓軌道的長(zhǎng)軸越長(zhǎng)越好。而如果二級(jí)火箭一直開機(jī)。

雖然也可以打出一個(gè)長(zhǎng)橢圓軌道。但是卻不夠理想的狹長(zhǎng)。也就遠(yuǎn)地點(diǎn)高度不夠高。而近地點(diǎn)高度又過高。比如二級(jí)火箭若一直開機(jī),最終燃燒完畢后,會(huì)把有效載荷打出一個(gè)遠(yuǎn)地點(diǎn)2萬公里,近地點(diǎn)500公里的橢圓軌道。而二次點(diǎn)火,中間滑行一段,就會(huì)打出一個(gè)遠(yuǎn)地點(diǎn)3.6萬公里,近地點(diǎn)只有200多公里的更有利用價(jià)值的軌道,讓衛(wèi)星可以接近直接入軌。而誰誰家是美國(guó)之后,全球第二家熟練掌握氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)太空二次點(diǎn)火技術(shù)的國(guó)家。這方面已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。