高轨运力现役中型火箭第一！“长七甲”能否将卫星直送地球 ...

林之秋实

长征七号甲遥四


北京时间2023年1月6日上午，“长征七号甲”遥四星箭组合体正式亮相，并完成从技术区至发射区的转运工作，文昌发射场即将于1月上旬迎来2023年首次发射。




作为我国新一代高轨运载火箭，“长七甲”地球同步转移轨道（GTO）运力不低于7吨，显著高于现役“高轨专列”“长三乙”的5.5吨的GTO运力，是世界现役高轨运力最强的中型火箭。那么，“长七甲”能否将卫星直接送入地球静止轨道（GEO）？




“长七甲”是我国新一代中型捆绑低温液体火箭，基于“模块化、组合化、系列化”思路发展而来，该箭采用三级半构型，助推器、芯一级、芯二级继承自“长七”的对应级段，芯三级使用“长三乙”的三子级模块，其芯三级配备了YF-75液氢液氧发动机，比冲达到了440秒，具备2次启动能力，适合执行GTO等高轨发射任务。但是，运载火箭要将卫星直送入GEO对于火箭末级有着更高的要求。




当“长七甲”在执行GTO任务时，利用了霍曼转移（Hohmann transfer）方法，即在两条倾角相同、高度不同的圆形轨道间转移卫星的最小能量方法，通过一条与小圆形轨道外切、与大圆形轨道内切的椭圆轨道完成转移。火箭末级在一次点火关机后，末级和卫星组合体通过滑行进入圆形停泊轨道，随后通过在停泊轨道与椭圆形的地球同步转移轨道（GTO）切点即GTO近地点附近进行二次点火，末级和卫星组合体进入GTO，二次点火关机后组合体继续滑行一段时间，随后星箭分离，卫星飞向GTO远地点，并最终在GTO远地点通过自身动力完成轨道近地点高度抬升和轨道倾角调整。




如果要使用“长七甲”进行GEO发射，利用霍曼转移轨道，末级和卫星组合体在进入停泊轨道后至少要进行2次点火加速，加上末级在入轨之前的1次点火，末级至少需要进行3次点火，这还只是理论最低值。在实际发射中，末级与卫星组合体在进入GTO远地点后，末级通常是通过多次点火才逐步完成抬升近地点、调整轨道倾角的工作，且要具备较长的点火时间。由此可知，末级具备2次点火能力的“长七甲”在目前构型下无法完成直送入轨的GEO卫星发射任务，但还是有办法实现的。




2019年12月16日，搭载“北斗三号”M19、M20双星的“长三乙”改三Z遥六十七运载火箭从西昌发射场成功发射，将北斗双星直接送入中地球轨道（MEO），此次任务在芯三级之上配备了“远征一号”遥十五上面级。为了满足中高轨卫星直接入轨的需求，我国立足“北斗”导航系统工程的需求，研制了“远征一号”上面级，并发展出了“远征一号甲”、“远征二号”和“远征一号S”等“远征”系列上面级产品，可以将多种地球低、中、高轨卫星直送入轨。以“远征一号”升级版“远征一号甲”为例，其启动次数达20次，能够完成不同轨道的多星部署，工作时间在40个小时以上。




对于“长七甲”而言，通过搭配“远征一号”、“远征一号甲”、“远征二号”等上面级可以为卫星发射增加多次点火次数，点火时间和机动能力，并为“长七甲”提供直送入轨的GEO卫星发射能力。同时，通过搭配上面级，“长七甲”还能实现探月、探火和小行星探测等深空探测任务。


作者：大白高国

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