分批次“下车”更安全
这22颗卫星 ， 分离时会不会碰撞？进入预定轨道飞行时会不会碰撞？要让这些“乘客”能够安全准确“下车” ， 设计团队需要考虑的问题也不少 。
首先要考虑的是卫星近场分离的安全性 。 于龙介绍 ， 卫星到天上后要离开箭体 ， 在这个过程中 ， 卫星的动力源和解锁方式会有一些偏差 ， 不是想象中的静态安装位置在哪里 ， 分离过程中就一定在这个范围内不晃荡 。 某些时候这些小偏差会使得卫星与卫星之间距离缩小 ， 威胁到箭体的安全 。
根据卫星不同的分离机构 ， 设计团队结合实际卫星布局位置 ， 对所有的箭体和卫星偏差进行多轮仿真计算 ， 让各卫星之间保留一定近场分离过程中的动态间隙 ， 保证近场分离安全性 。
“卫星数量越多 ， 分离出去后在轨道飞行碰撞的风险就越大 ， 远场分离安全性也是设计人员需要考虑的重点 。 ”一院长八火箭轨道设计师李静琳介绍 ， 分离速度、分离方向、分离顺序是影响卫星后续运动轨迹的关键因素 。 在这次卫星数量如此之多的情况下 ， 要在有限的外界分离轨道将22颗卫星错开 ， 避免两两卫星之间干涉 ， 对设计人员来说有不小的挑战 。
22颗卫星加上一个火箭末级就是23个分离体 ， 为了保证彼此之间分离的安全性 ， 设计团队计算分析每一颗卫星运行的轨道参数 ， 对23个分离体两两之间的相对距离进行长周期的仿真、观察和考核 ， 并根据卫星布局 ， 设计分离方案 ， 最终采取了12次分离动作 ， 依次将22颗卫星逐步分离出去 ， 并通过不断调整末级箭体的姿态 ， 实现不同卫星的分离方向调整 ， 确保各个卫星近远场安全 。
在分离动作设计过程 ， 要对23个分离体两两之间的相对距离进行分析 ， 计算量非常大 。 同时 ， 在火箭调姿过程中 ， 为了满足天基可见的要求 ， 要保证箭体调姿角度不能过大 ， 对设计也增加了难度 。 李静琳介绍 ， 这是一个相当于多个对象、多种约束、长周期的、需要通过多轮迭代解决的一个优化问题 ， 远场分离计算量比以往翻了好几倍 。
面对巨大的计算量 ， 设计团队专门研制了一个“多星远场分析工具” 。 “通过采用这个分析工具之后 ， 我们通过一次仿真 ， 就可以自动完成23个分离体各自的速度位置计算 ， 以及两两之间相对位置的计算 ， 不仅大幅提高了计算效率 ， 而且提高了远场分析的准确性 。 ”李静琳说 。
虚实结合模态试验技术助力首飞
本次任务是长征八号火箭不带助推器的新构型首飞 。
长征八号在充分继承长征系列运载火箭设计经验的基础上 ， 没有开展全箭模态试验 ， 是我国首个在研制中基于模块化模态试验结果 ， 同时结合虚拟试验给出全箭模态参数的中大型火箭 。 从长征八号遥一火箭首飞 ， 到此次新构型遥二火箭首飞的圆满成功 ， 虚实结合模态试验技术均发挥了重要作用 。
【一箭22星！长八，创纪录！】
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中国航天科技集团一院供图 。 宋涛摄
采访人员从一院了解到 ， 长征八号采用“模块化、系列化、组合化”的设计思路 ， 一级和助推沿用了长征七号一级和助推结构 ， 二级沿用了长征三号乙三级结构 。 为了实现火箭快速集成研制 ， 试验人员在充分利用长七一级/二级飞行/靶场竖立、长七甲一级/二级/三级飞行/靶场竖立、长三乙三级飞行共30余个状态模态试验结果的基础上 ， 通过虚实结合——已有试验和仿真分析相结合 ， 在不开展全箭模态试验的条件下 ， 获取了全箭模态参数 。