手可摘星辰:航天员在太空徒手释放卫星解析

2017-09-01 15:38:00 环球网 分享
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  作者:王海英 贲勋

  【环球网军事报道】近日,据俄罗斯媒体报道,俄罗斯航天员尤尔奇欣和梁赞斯基在进行的一次太空行走中,除了一些日常维修任务外还徒手释放了5颗微纳卫星。这些卫星平均重量为5公斤,预计在轨工作时间为5~18个月,将在自主飞行中执行传输遥测数据、导航系统测试、拍摄地球表面等任务。那么,航天员在太空徒手释放卫星有哪些特点?又是否会成为一种趋势呢?

  释放方式灵活多变

  此次航天员从国际空间站上徒手释放卫星并非第一次,早在2011年8月3日俄罗斯航天员伏科夫就释放了一颗重25.85公斤的无线电通信微卫星。2014年,俄罗斯航天员奥列格释放了1颗重0.9公斤的微纳卫星。该卫星装有测量温度和压力的仪器,以及能拍摄地球的照相机。

  徒手释放卫星入轨,手可摘“星”辰的方式让人们惊叹科技进步的同时,也为严肃的航天活动增添了一丝浪漫色彩。

  目前,世界上绝大多数人造卫星的入轨方式都是由运载火箭将其送入预定轨道,其大致可划分为直接入入轨、滑行入轨、过渡入轨3种。

  由运载火箭将卫星直接送入预定轨道的特点是时序固定化,即火箭将卫星运送到太空什么高度、什么方向角、什么速度、什么时候分离都是固定程序,在火箭发射之前就已经确定好,而且发射后一般情况下不可更改。

  由载荷舱释放是卫星入轨的另一种方式,空间站、飞船、航天飞机(已退役)都能胜任这项任务。

  相比运载火箭将卫星送入轨道的方式,由载荷舱释放卫星入轨的方式更加灵活。其优点是成本相对较低,无需专门的火箭发射,释放时灵活方便,对火箭发射时间窗口、卫星入轨参数要求不高,特别适合临时需要时应急释放卫星,甚至可以根据需要在空间站临时组装微纳卫星再释放出去。

  这次释放部署的卫星是用来纪念第一颗人造地球卫星发射60周年,因此卫星被贴上了特殊的纪念标志。

  从技术角度讲,目前从太空徒手释放卫星并不是主流,其局限性比较明显。首先,需要航天员出舱进行太空行走,其面临的风险较高。其次,徒手释放卫星的局限性是依赖于人的操作,受人体力量限制,在太空中很难释放较大的卫星,且一次出舱能够释放的微纳卫星数量有限。最后,徒手释放卫星对轨道有一定要求,如果没有释放到预定轨道,卫星就有可能与其它空间飞行器、碎片等发生碰撞,甚至有直接坠毁的危险。

  手动释放没有形状限制

  从空间站上释放卫星需要制定周密的释放策略,要应对包括释放后微纳卫星可能对空间站产生的碰撞威胁、微纳卫星相互间的碰撞、对空间站的通信干扰,以及可能产生的空间碎片等各种问题。

  这种释放方式与“一箭多星”发射的释放方式有类似之处。“一箭多星”发射中,次载荷释放遇到的问题主要有三方面:一是要避免次载荷与主载荷和运载火箭相互接触;二是要避免次载荷之间相互接触;三是次载荷轨道衰减的管理。

  因此,释放机动方案的设计是确保载荷安全完成任务的关键,在已完成的“一箭多星”发射中得到了验证。所不同的是,“一箭多星”发射时,几十分钟内释放的卫星数量最多可达到上百颗,而从空间站释放时,每次释放的数量仅为几颗,因此相对降低了释放策略的复杂程度。

  如今,为了方便释放卫星,国际空间站上安装了专门释放卫星的装置。目前,国际空间站上安装有2个小卫星释放装置,分别是日本实验模块小卫星轨道释放器(J-SSOD)和NanoRacks立方体卫星释放器(NRCSD)。其中,J-SSOD是国际空间站上首个小型卫星释放器。NRCSD是ISS中首款商业化的小型卫星释放器。J-SSOD有2个卫星安装盒,每个卫星安装盒最多可容纳3颗小型单体立方体卫星。

  NRCSD比J-SSOD研制更晚,因此更为先进,释放能力更强,持有8个释放器,每个释放器能够容纳6U的卫星,每个气闸周期允许总共释放48U卫星。

  这两种释放器的原理均是通过气压弹射方式,即利用机械臂将装在箱子内的卫星移动到释放地点,利用弹簧的力量,将卫星向国际空间站运行的反方向弹出。需要指出的是,目前的卫星释放装置只能释放标准化的立方体卫星,而手动释放对于卫星形状没有限制,可释放的卫星种类更多,这是手动释放卫星的优势所在。

  仍然是补充手段

  目前,在空间站上无论是手动释放卫星还是借助机械装置释放卫星,其运行轨道均为近地轨道,且多数是微纳卫星,对于质量大、轨道高的卫星来说,仍然需要通过运载火箭来发射入轨。

  随着科技的发展,微纳卫星体积越来越小,功能越来越强大,应用范围也会越来越广泛,在空间站上释放卫星的需求也会越来越多。空间站释放功能的实现使航天工程成为一种经济可承担的项目,大大降低了准入门槛。

  在空间站上徒手释放微纳卫星使人类多了一种释放卫星入轨的方式。目前,由于各国还没有统一微纳卫星的外观和尺寸标准,有些卫星并不能与空间站上释放卫星的机械装置兼容,因此徒手释放微纳卫星还必不可少。不过,随着航天技术进步,标准统一化,利用机械装置释放卫星将会成为主要形式,而徒手释放会成为一种补充方式。

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责编:刘昆
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