“织女星”的发射及持续改进

文/松堂

织女星发射基地位于法属圭亚那的库鲁航天中心，包括支持运载火箭系统的存储、集成、检查和点火以及发射活动、卫星处理厂房和落区安全，火箭跟踪和飞行数据采集站。值得一提的是，织女星火箭的发射台是在上世纪80年代用于第一批阿里安火箭的发射台原址重建的，并复用了现有基础设施的一部分。

▲ 集成完成的织女星c火箭

在库鲁基地的装配

“织女星”的火箭本体、火箭整流罩和有效载荷适配器在欧洲制造并运输到库鲁航天中心，然后再转移到卫星处理厂房与有效载荷和有效载荷集成厂房组件集成。

“织女星”分成四段运往发射台，第一段包括A1A，由0-1级间段、P80发动机及其矢量推力控制单元。第二段包括A1B、A2、A3、A4。A1B也就是1-2级间段，A2包括西风23发动机及其矢量推力控制单元；A3是2-3级间段；A4包括3-4级间、上面级。第三段是上面级的燃料，需要在欧洲组装和验收，然后运往库鲁航天中心，存储在专用设施中。第四段是整流罩和星箭适配器。

“织女星”发射活动始于将A1A从集成大楼转移到织女星发射区，放置在发射台上。包括矢量推力控制性能测试在内的A1A最终验收直接在移动式塔架内进行。

通过移动式塔架行车将A1B、A2、A3、A4集成到A1A上后，进行火箭的整体电气检查，然后进行A4流体系统的功能和泄漏检查。这些过程的成功，标志着火箭集成阶段结束，火箭总体交付给发射运营部门。

然后，首先将有效载荷与火箭适配器集成，封装在整流罩内，用运输拖车转移到“织女星”发射区，集成到火箭上。之后给AVUM上面级的燃料储罐加注燃料，来源当然是从欧洲运来的地面储罐。发射活动的最后部分包括测试火箭与发射基地跟踪系统的通信、信标及飞行程序，最后点火升空。

首飞后的主要改进

在首飞成功后，欧空局实施了研究和技术伴奏计划（VERTA）和开发伴奏计划（LEAP），以支持“织女星”走向商业市场。这些计划的主要目的，是通过优化欧洲的生产活动和发射活动，来改进运营理念，提高效率并降低整个系统生命周期的成本。

▲ 上面级组合到位

第二项任务是开发双星发射能力，火箭在整流罩内携带一上一下两个载荷。这就需要开发新的适配器，并且开发准备和集成相关的操作流程（主要涉及卫星处理厂房和特定的操作）、工具。此外，由于供应商变更，要对新的飞行程序软件进行验证。

单个有效载荷的发射活动标准周期从47个工作日减少到39个工作日，主要是通过优化操作顺序和不同技术团队的参与时间，以及最大限度地提高在欧洲的工作量比例，减少在发射场集成的时间。最重要的修改之一，是首先执行所有组件的机械集成，然后执行整个火箭电气检查序列，而最初每个级段的电气验证是在相关组件集成后立即执行的。

用于运输有效载荷集成厂房的拖车进行了改装，改装了和欧洲版联盟火箭相同的设备。新拖车上的有效载荷可以享受到空调，而在原来的“织女星”拖车上没有，因为这种拖车原来是给“阿里安4”服务的。这样，“织女星”团队就可以在白天的强烈日照下，把有效载荷从卫星处理厂房转移到发射场。从前这项工作只能在夜间进行。这项改进优化了操作的整体周期，并在运输过程中为有效载荷提供了更好的环境.

▲ “西风9”与二级火箭结合

▲ “西风40”从港口前往发射中心

在法属圭亚那开发并部署了一个专用移动跟踪站，位于发射台的西北部或东南部，具体取决于运载火箭的轨迹，为雷达、遥测和指挥射频链路提供持续连接。该站拥有一个专用的2.4米遥测天线、一个C波段跟踪雷达和一个中继指挥站。库鲁航天中心有专用的冗余电信手段、供电庇护所和安全基础设施可用性、安全性和安保要求。因此该移动站由法国航天局国家空间研究中心在分包商和合作伙伴的支持下维护和运营。

发射场的操作规程根据织女星运载火箭倒计时时间线进行了微调。包括天气预报要求、接口检查和装运管理程序。

在库鲁主跟踪站安装了第三个专用宽瓣遥测天线，以便为近距离飞行提供额外的冗余。

激活了新的或以前很少使用的遥测近距离跟踪站站点，并在一定程度上进行了升级，以提供对“织女星”太阳同步轨道的全面覆盖。其中包括百慕大、圣休伯特、萨斯卡通、济州、勒克瑙和阿丽亚娜海军基地。

为了“织女星C”的持续改进

VERTA计划在第6次“织女星”飞行后已经结束，由商业公司来组织发射活动。但LEAP计划还在继续实施，努力提高效率并降低成本。

LEAP的一项改进包括修改发射场设备，以改善起飞时有效载荷上的声学环境。在起飞阶段，整流罩内测得的声级在一定频率范围内高于设计值。在美国宇航局的帮助下，欧空局对发射环境进行测量，发现发射台周围的开口和喷射排气管道是主要噪音来源，并且作了改进。

此前通过手动执行的一些操作，改为完全或部分自动化，以减少操作的时间并优化人力资源的使用。此外，还对移动塔架内的设备进行了一些修改。

把推力矢量控制系统、电气系统、上面级流体系统的测试完全自动化，从而减少测试时间。

有一项重要的改进，是考虑使用传输数据中继卫星系统(TDRSS)。“织女星”的一部分遥测站是固定的，主要用于测控赤道附近的飞行任务。但对于其他类型的任务，例如太阳同步轨道，必须使用昂贵的移动遥测地面站，即使如此，也存在一批遥测盲区。为了消除盲区，往往要修改“织女星”的弹道，这种修改通常会导致性能损失，从而导致理论载荷能力的减少。所有这些原因，都促使人们把“织女星”的传统遥测系统向TDRSS空间网络转移。这项改进主要考虑到空间网络的特性，包括考虑赤道和极地任务的倾角范围、空间网络视场，传输数据速率、要使用的TDRSS服务的选择、调制和编码。

▲ “西风40”抵达发射台

▲ “西风40”即将与一级火箭结合

“织女星c”与当前织女星运载火箭使用相同的发射台。这意味着，为了允许两个发射系统之间的平稳过渡，地面系统一方面要进行修改以符合新的运载火箭配置，另一方面要保持兼容“织女星”，最大限度地减少同时进行发射时的影响。

地面系统修改的主要困难在移动塔架内，要尽量利用现有塔架，避免完全重建。例如，改造用于运输第一级的发射台元件，提高支撑能力；改进用于提升第二级的移动式起重机，提高应对不同高度潜在危险低压元件的系统安全性，对控制台进行修改以应对低压航空电子设备的升级等。

▲整流罩与载荷结合现场

▲一级火箭运往发射台