22颗星：排好坐，依次下，准确到达目的地

    2月27日，长征八号遥二运载火箭（简称“长八火箭”）以一箭22星方式，成功将7家研制单位的22颗卫星送入预定轨道，创造了我国一箭发射卫星数量之最。
    如何能在有限的整流罩空间里，装下这么多位“乘客”？如何让每位“乘客”坐得舒服，又能安全、准确下车？长八火箭设计团队采用全新的三层式多星分配器结构，并对卫星分离安全性进行充分设计。

三层“座椅”
“乘客”各就各位顺利“上车”

    要在有限的空间内，要实现长八火箭一箭发射22颗卫星，第一步是要把这些卫星合理布局在火箭整流罩里。

    长八火箭副主任设计师陈晓飞介绍，一箭发射22颗卫星以前在国内是没有的。由于每个卫星形状各异，且有多个卫星尺寸较大，所以布局时，首先考虑如何有效利用整流罩内空间包络。
    结合任务需求，设计团队对传统卫星结构进行梳理，采取“模块化”设计，在半年不到的时间里，就设计生产出新的三层式多星分配器，为“乘客”提供三层“座椅”。
    三层式多星分配器从下到上分别由锥形支架、中心承力筒和圆盘平台组成。其中，22颗卫星的布局： 锥形支架搭载2颗卫星、中心承力筒搭载14颗卫星、圆盘平台搭载6颗卫星。

    虽然是全新结构，但走近一看，你会发现一些熟悉的“面孔”。
    长八火箭总体副主任设计师于龙介绍，多星分配器最下层的锥形支架，沿用的是长八遥一火箭的结构；中心承力筒也是成熟结构，能够尽可能利用整流罩的空间，在侧壁多挂卫星。
    对于一些直径较大、不适合侧挂的卫星，设计团队则在中心承力筒上方新设计了一个圆盘平台，让大直径卫星安装操作更简洁，分离方向上也没有其他卫星去干涉。
    卫星虽然能装进整流罩，但数量越多，星和星的间隙肯定就越小，对接操作时难度也就越大。设计团队在设计之初，就对现场工装设备、人员操作位置等进行考虑，将卫星安装操作可达性纳入分配器结构设计中。
    为了方便安装操作，设计团队专门在圆盘平台中间开了个孔，方便操作人员进入，并通过星箭联合操作试验，不断调整卫星安装操作的顺序及布局的位置，确保操作人员操作的安全性，让22颗卫星能顺利“上车”。

 
    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？……“座椅”有了，卫星顺利装进了整流罩，但要让这些“乘客”能够安全准确“下车”，设计团队需要考虑的问题也更多了。
    首先要考虑的是卫星近场分离安全性。于龙介绍，卫星与箭体分离过程中，需要考虑卫星不同的解锁方式和分离能源所带来的运动偏差。某些时候这些小偏差会使卫星与卫星之间距离缩小，威胁到箭体的安全。
    根据卫星的不同分离机构，设计团队结合实际布局位置，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的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。”负责弹道设计的李静琳介绍，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。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，对设计人员来说是个不小的挑战。
    22颗卫星加上火箭末级就是23个分离体，为了保证彼此之间分离的安全性，设计团队要计算分析每一个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，并根据卫星布局和设计分离方案，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，让22颗卫星安心“下车”。
    在分离动作设计过程，设计团队也遇到了重重困难。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，又给设计团队增加了一个难度。
    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，设计团队逢山开路，遇水架桥，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。
    追梦之路任重道远，创新之路永无止境。长八火箭设计团队挑战自我，用真心护星，用创新送星，再一次创造辉煌。