2月27日11时许，伴随着一阵山呼海啸般的巨响，长征八号遥二运载火箭搭载着22颗卫星，在我国文昌航天发射场一飞冲天，创造了我国“一箭多星”即单次发射卫星数量最多的纪录。
发射前进行总装的长征八号遥二运载火箭。中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院供图
屠海超 摄
“一箭多星”极大压减发射成本 意义重大
所谓“一箭多星”，是指一枚运载火箭同时或先后将多枚卫星送入预定轨道的技术。与传统的单星发射相比，能够更充分地利用火箭运载能力，提高发射效率，降低发射成本。
不过，这种发射技术很难，目前世界上只有少数国家掌握。这些年，美国SpaceX公司用猎鹰九号火箭多次“一箭数十星”发射部署星链卫星星座，其单次卫星发射数量令国人震惊，同时人们也期盼着我国能够早日实现这一目标。
2015年，我国长征六号运载火箭在首飞任务中，成功将20颗卫星送入太空，创造了当时我国“一箭多星”纪录。如今，中国航天人再次创造奇迹，“一箭22星”刷新中国“一箭多星”的最高纪录。
发射前的长征八号遥二运载火箭。中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院供图
此次发射的长征八号火箭，由中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院抓总研制。2020年12月，长征八号遥一火箭成功发射，填补了我国太阳同步轨道运载能力3-4.5吨的能力空白，可以承担80%以上的中低轨发射任务。长征八号遥二火箭此次发射，是新一代运载火箭2022年的首次飞行。
长征八号火箭副主任设计师陈晓飞介绍说，与遥一火箭相比，长征八号遥二火箭外形上最大的区别就是取消了两个助推器，从两级半构型变成了两级串联构型。
“自成功首飞到遥二火箭完成总装总测、具备出厂条件，研制团队仅仅用了1年时间，这就要归功于火箭所采用的模块化、组合化设计思路。”陈晓飞说，早在研制伊始，设计人员就充分兼顾了火箭不带助推器的状态，并纳入遥一火箭的考核包络中。此次发射意义重大，影响深远，极大压减了发射成本，商业应用示范效应显著。
火箭跳“芭蕾”，卫星释放如“天女散花”
长征八号运载火箭副总指挥段保成说，“一次要将22颗卫星安全顺利送达目的地，可以说星箭分离中长征八号火箭宛如跳了一出‘芭蕾’，最终22颗星的释放就如‘天女散花’一般。”
他告诉记者，研制人员首先要解决“乘客”在整流罩内的布局问题，梳理卫星的结构形式、任务需求，创新设计了一款三层多星分配器，能在有限的整流罩空间内，为每颗卫星安排了舒适的“座位”。之后，在试验过程中对卫星的安装操作顺序以及布局位置进行了调整，确保卫星从“上车”到“下车”全过程的安全。
这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。
长征八号运载火箭总体副主任设计师于龙介绍，卫星到天上后要离开箭体，在这个过程中，卫星的动力源和解锁方式会有一些偏差，不是想象中的静态安装位置在哪里，分离过程中就一定在这个范围内不晃荡，“某些时候这些小偏差会使得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，设计团队结合实际卫星布局位置，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。”长征八号运载火箭轨道设计师李静琳说，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。但在卫星数量如此之多的情况下，要将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。
李静琳说，设计团队计算分析每一颗卫星运行的轨道参数，最终采取了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”。
“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。”李静琳说。
人类进入太空需求越来越大，缩短火箭研制周期迫在眉睫
长征八号遥二火箭同时还是一发“共享火箭”，其搭载发射的22颗卫星，分别来自7家研制单位。长征八号运载火箭总指挥肖耘形象地称这种全新共享模式为“拼车方案”，为用户提供经济实惠的发射服务，门槛大大降低了。
他告诉记者，由于是共享发射，需对接多家用户单位，协调工作成倍增加，面对研制过程中用户迭代更新、方案反复等困难，研制团队持续开展方案调整、可行性与安全性分析。
“未来，人类进入太空的需求越来越大，空间的基础设施建设需求越来越大，因此改变发射场流程、缩短火箭研制周期迫在眉睫。”肖耘说。
现在，长征八号火箭总装最快是23天，但总装后从天津厂房运到发射场，还需要进行火工品安装、单元测试等工作，周期长。
肖耘说，如果在发射场旁就近建设总装测试厂房，把发射场测试和出厂测试合二为一，火箭总装、测试后直接就到塔架上准备发射，能够节省一系列测试、检查、转运的步骤，极大压缩火箭在发射场的周期，适应未来市场对长征八号火箭快速发射的需求。
据他透露，经过长征八号火箭团队的努力，目前，海南总装测试厂房已经开始施工建设，发射工位也正在论证过程中。届时，有望7天实现一次长征八号火箭发射，一年就可发射50枚火箭。
长征八号遥二运载火箭研制团队部分成员。中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院供图
“这支队伍非常有韧劲，有战斗力，有一往无前的精神，碰到任何困难都能积极应对。”肖耘说，从2020年12月首飞至今，长征八号火箭团队用14个月的时间，在充满未知风险和挑战的路上披荆斩棘，让大家看到了中国航天未来可期。