在很多人的印象中,卫星入轨似乎很简单,与火箭正常分离后就“水到渠成”了。其实,卫星抵达目标轨道的过程一般分为两种方式。
第一种是直接入轨,也就是大众熟知的由火箭直接把卫星发射到预定轨道。第二种是间接入轨,先由火箭把卫星发射到高度较低的停泊轨道上,卫星再启动自身的发动机加速,最终进入预定高度的目标轨道。在这个过程中,卫星一般会实施所谓“霍曼转移”,即在椭圆转移轨道的近地点和远地点分别开机加速。
卫星为什么要选择间接入轨?想要弄懂这一点,就需要比较两种入轨方式的优缺点。
卫星如果选择直接入轨方式,会更加快捷。虽然在整个过程中,火箭几乎都处于动力飞行状态,要消耗大量推进剂,但由于卫星不必开机工作,可以节省星载推进剂,进而实现卫星的小型化、轻型化,并延长在轨寿命。
相比之下,选择间接入轨方式时,火箭只需将卫星运送到较低的轨道,消耗推进剂较少,那么在相同的起飞质量下可以运送更多有效载荷。不过,由于卫星需要开机工作,对推进剂的需求大增,而且入轨时间较长,面临更大的风险。
比如,卫星的操作和控制会比较复杂,两次开机的点火时长和点火时间都要提前计算好,推力大小和方向需精确控制,长时间的转移轨道飞行中还要对卫星的姿态、供配电、热管理等进行精确管理。
这方面,失败的教训并不罕见。2月底,美国SpaceX公司发射了首批“迷你版”第二代星链卫星。按计划,这些卫星先被送到高度约370公里的轨道,数天后开始机动提升轨道。然而,卫星轨道转移飞行出了问题,各自的轨道高度逐渐以不同的速度下降,被迫在340~360公里的轨道高度之间“重复测试”,至少2颗卫星再入烧毁。
猎鹰 9火箭末子级摄像机拍摄的火箭与第二代星链“迷你版”卫星在太空即将分离的照片。(来源:SpaceX公司)
那么,卫星采用直接入轨或间接入轨,哪种方式更好?这其实是由任务需求决定的。如果执行紧急发射或太空救援任务,必须争取时间,那么卫星采用直接入轨方式就比较好。如果任务时间充裕,追求将更多、更重的有效载荷送入太空,且团队对卫星产品的可靠性有信心,那么不如留给卫星自主爬升的表现机会。(作者:郑雄)