我国“太空摆渡车”新添“大车型”

——远征二号上面级解析及远征系列上面级应用前瞻

11月3日，伴随着新一代大型运载火箭长征五号成功发射，其搭载的远征二号上面级也成功实现首飞。

“作为我国‘太空摆渡车’家族中的新成员，远征二号是我国目前规模最大、变轨能力最强的上面级。”长征五号总指挥王珏表示。

为“大火箭”量身打造“大车型”

远征二号是针对5米直径的长征五号新一代“大火箭”规模研制的“太空摆渡车”，二者组合使用，共同将卫星“乘客”直接送达地球同步轨道之上，无需卫星耗费数吨推进剂进行轨道转移。远征二号成为我国飞得最高的上面级。

和长征系列运载火箭5米直径及3.35米直径规模类似，远征系列上面级也有两种直径规模：本体直径2.8米的“小上面级”和本体直径3.8米的“大上面级”。

科研人员介绍，之前完成过多次北斗导航卫星发射任务的远征一号，以及今年6月搭载长征七号火箭完成首飞的远征-1A，都属于“小车型”，而国内的“大车型”目前只有远征二号。

与“小车型”2.8米的“腰围”相比，远征二号可谓“膀大腰圆”。不仅个头大，远征二号的体重也了得——“肚子”里能容纳的推进剂是远征一号的2倍多。

如此大的吨位自然需要更强有力的“心脏”带动。研制团队为远征二号配备了2台泵压式发动机。这样的推力能够保证上面级在6.5小时之内将大质量的高轨卫星直接送达目的地，如果没有上面级，卫星将依靠自身的发动机，需要数日才能实现轨道转移。

其实，之前远征一号和远征-1A上也分别使用过1台同款发动机，远征二号为了保证更强劲的推力，将发动机由1台增至2台并联，带来的却不仅仅是数量上的变化，还要面对发动机推力不一致的问题。

“上面级在变轨过程中状态变化大，要完成的动作较多，推力如果再不平衡，无疑雪上加霜，‘太空摆渡车’就有可能在空中打滚。”长征五号副总设计师兼远征二号副总设计师李学锋形象地解释道。

为消除远征二号上面级两台发动机推力不一致产生的影响，控制系统的科研人员采取了系统优化技术，提高了对推力偏差的包容裕度设计，确保了大型“太空摆渡车”的平稳“行驶”。

产品化发展瞄准商业应用

我国的远征系列上面级从立项之初，就确定了产品化的发展思路。

得益于这种模式，远征二号的研制过程在科研人员口中可谓“轻车熟路，非常顺利”。“除了为适应‘大火箭’而做的规模改进，远征二号的很多单机与之前‘小车型’所使用的完全一样。”李学锋说，“拿控制系统来说，这次就没有新单机的研制，直接降低了研制成本。”

同样降低的还有发动机的试车成本。“最初远征一号要使用14台发动机进行14次试车，这次远征二号只用6台发动机进行了3次试车。”远征二号上面级副总设计师叶成敏说。

随着远征一号、远征-1A和远征二号相继完成首飞，我国远征系列上面级的型谱逐步完善，上面级灵活通用、长时间在轨、多次启动的优势逐渐凸显。

“未来，远征系列上面级可以灵活搭配包括长五、长七、长二丙、长三甲系列火箭在内的多型运载火箭，执行高、中、低轨道卫星发射任务，应用领域将不断拓展。”叶成敏表示。

研制团队透露，他们瞄准的是远征系列上面级的市场化推广。目前尚未发射的远征-1S就是“小型车”中的商业化版本。

研制团队以低成本为目标，在不降低可靠性的前提下，将远征一号的功能进行适应性改进，使远征-1S能够面向中低轨道有效载荷开展发射任务，参与国际商业航天竞争。

为了提高国产“太空摆渡车”的商业竞争力，他们一方面对上面级的适应性进行不断提升——从发射单颗卫星到多星发射，从一次启动到多次启动，从在轨数小时到数天；另一方面通过系统优化，降低产品成本。

此外，用于深空探测、性能更高的低温上面级目前也已进入论证阶段。

后续，研制团队将进一步丰富远征系列上面级的应用背景，努力将其打造成一款高性能的通用空间平台，使其在空间运输任务中，可作为通用空间运输平台，根据有效载荷需求执行多星发射、轨道部署、深空探测等各类空间运输任务；在在轨服务任务中，可作为通用在轨服务平台，搭配不同的有效载荷可执行货物补给、模块更换、碎片清理、在轨加注等各类在轨服务任务；在空间试验任务中，可作为通用空间试验平台，为各类空间试验提供一种经济有效的解决方案。（崔恩慧）