[科普中国]-揭秘远征系列上面级 如何让“北斗”飞得舒服？

编者按：

北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。目前，我国正在实施北斗三号系统建设，计划到2020年前后，完成30余颗卫星发射组网，为全球用户提供服务。

北斗系统，在建设过程中实现了核心关键技术的全面突破，涌现出大批优秀科研攻关团队和个人。即日起，《军事科技前沿》将持续聚焦北斗系统建设，解读其中的核心装备、关键元器件等重要技术突破，以及在这背后默默付出的科技工作者和他们所展现出的科学精神。

出品：科普中国

作者：赵清建

监制：光明网科普事业部

2月12日，在西昌卫星发射中心，远征一号上面级承载着北斗三号卫星，随长征三号乙运载火箭拔地而起，直刺苍穹，约三个半小时后，远征一号上面级将卫星送入目标轨道，发射任务取得圆满成功。本次发射任务是远征一号上面级第六次执行发射飞行任务，标志着我国北斗导航系统第三步建设北已进入全面实施阶段。

2月12日，北斗三号工程第五、六颗组网卫星在西昌发射。梁珂岩摄

2018年是中国航天高产的一年，远征系列上面级也迎来了“高密度”发射时代。2018年远征系列上面级将执行8次北斗三号卫星工程组网发射任务，护送16颗北斗导航卫星进入预定轨道。为了让“乘客”有更好的飞行体验，研制团队不断创新、改进方案，从而让“乘客”更精准、舒适到达目的地。

“上面级”为何被成为“太空摆渡车”？

“上面级”是一种运载工具，是在原有的三子级火箭上面，增加相对独立的一级，形成“四级火箭”。它就好像机场的“摆渡车”可以将乘客送往不同目的地一样，可以先后把不同的卫星直接送到工作轨道。因此，它又被称为“太空摆渡车”。

上面级结构简图

截至目前，世界航天大国先后研发的此类运载器达数十种之多，如美国的半人马座、俄罗斯微风和护卫舰都是著名的上面级。我国的上面级研制始于上世纪80 年代末，并先后研制出多种类似运载器，但此前均为满足某一单一任务而研制，这些运载器对于更多发射任务适应性较弱。而第一研究院研制的“远征一号”上面级通用性很强，能多次点火启动，可满足不同任务需求。

从火箭手中接过飞行“接力棒”后，上面级所处的工作环境发生了变化，各种太空射线、太空力热环境非常复杂。最初上面级诞生时，考虑到元器件的考核程度、技术成熟度等因素，研制团队为了稳妥可靠，大部分选择了进口元器件，且元器件的性能水平也普遍高于所需的水平。

“坐过站”可调整路线

以前，在没有“太空摆渡车”时，运载火箭把卫星送入“转移轨道”后，卫星要通过自身变轨到达工作轨道。这个过程需要消耗数吨燃料，飞行数天。而“太空摆渡车”，可以带着卫星在太空“接力”火箭飞行，仅用几个小时就能把卫星送入工作轨道。

上面级接过火箭的“交接棒”在太空飞行，飞行路径和高度都预置好的，如果出现“上一棒”没有在指定“车站”停车的情况，上面级会怎样调整呢？叶成敏介绍，以前设计师们更担心的是火箭无法飞行到预定位置，制定的预案也大多针对这种情况，但实际还有一种可能性，火箭有可能飞“过站”。

考虑到这种情况，上面级也做了相应的技术改进，为上面级增加了“冗错机制”，即使“乘客”坐过站，上面级也能重新规划飞行路线，确保将“乘客”准确送达目的地。

“远征一号”上面级与“北斗三号”卫星组合体（资料图 来自央视）

轻装上阵提高载荷能力

上面级在太空飞行时，肩负两个重要使命，除了将卫星送到指定位置，还要测量自身所处的太空环境，将数据传回地面，以便为后续其它飞行器进入太空积累经验。随着太空飞行次数的增加，飞行器在太空采集的数据门类不断固化，研制团队对太空环境的认识不断提高，因此有些数据不需重复采集。

叶成敏介绍，此次发射的上面级通过调整测量等相关系统设计，在保证测量需求的前提下，将环境和力学参数测量传感器的数量从百余个减少到二十多个，为上面级“瘦身”，从而使它能携带更多的载荷。

“远征一号”上面级的研制成功，不仅可以减轻卫星自重、减少卫星的燃料消耗、延长卫星使用寿命，还将大大增强我国运载火箭的任务适应性，提高我国商业发射的竞争力，而且在未来的探月、火星探测等深空探测任务，轨道转移、空间碎片清理等轨道服务，以及新材料、新技术验证等空间试验领域，都有极高的应用价值。

目前，我国的远征上面级技术达世界先进水平。未来，远征一号上面级还将执行更多、更复杂的任务。