火箭末级搭载：小型载荷进入太空的新途径

尚辉 孟翔 李同玉 焦君 张群（中国运载火箭技术研究院）

小卫星已成为国内外商业航天的一大热点，拟进入太空的小卫星逐年增多，但由于目前发射渠道较少，又受任务运载能力、目标轨道、履约周期等制约，可用机会较少，且价格昂贵，进入太空绝非易事。另一方面，有很多小卫星的任务在于完成星上小型试验载荷的空间试验验证等目的，进入太空即可实现其主要目的，而这些试验载荷本身对轨道、朝向等要求并不高。

针对以上情况，中国运载火箭技术研究院提出了“火箭末级搭载”业务模式。即将上述载荷及其配套组件（下文统称“末级搭载载荷”）直接安装在运载火箭末级（含上面级）上，在火箭执行发射任务期间，随火箭一起进入太空，在火箭主任务完成后，搭载载荷随火箭末级在太空漂移期间，完成其试验验证等任务。火箭末级搭载作为一种新型发射服务业务模式，为小型载荷进入太空开辟了一条新的途径。

1 火箭末级搭载的优势

据调查分析，相当一部分小卫星项目，其核心目的在于将试/实验载荷送入太空。而这些试/实验载荷全系统总质量仅为几百克到几千克，相当于火箭上一台系统单机的质量，增加这一质量对火箭的运载能力影响很小。而这类试/实验载荷需要的往往是最基本的发射服务——“进入太空”，即在太空完成试验验证或实验，并将数据传回地面。这类任务包括：元器件在轨试验或验证、微重力实验、生物的太空辐照培养实验等。

对这类试/实验载荷来说，相较于安装在小卫星上再由火箭发射，将其及配套系统直接安装在火箭末级会更加直接便捷，且分享和复用了火箭的结构，减轻了一部分发射质量，降低了发射成本。此外，由于不要求分离，小载荷搭载的安装方式相对简单，一般只需安装在火箭末级受整流罩保护区域上的合适位置，简单的安装接口可进一步降低发射成本。

航天运输系统和发射服务的理念是：每个进入太空的机会都是一种资源，而发射服务本身即是创造和利用这种资源的过程。小卫星搭载等业务模式是对主任务中剩余资源的利用，而火箭末级搭载模式是对这种资源的进一步利用。同时，与将小卫星送入太空并实现分离的发射任务相比，火箭末级搭载还可以减少太空垃圾，让更多小型载荷与火箭末级捆绑在一起，可减少空间物体的数量，方便后续空间碎片的跟踪、规避与处置。

2 典型案例

卢森堡-4M探月载荷火箭末级搭载项目

2014年10月24日，长征三号乙火箭完成中国探月工程三期再入返回飞行试验发射任务的同时，还有一个名为卢森堡-4M的探月小型载荷随着火箭三子级一起进入地月转移轨道，并完成了绕月飞行。该末级载荷由欧洲OHB集团下属卢森堡空间公司研制，额定任务期为196h，主要科学目的是在绕月飞行过程中完成长效电池性能验证试验、辐照计部件测试等。根据给定的发射计划、经费预算及火箭搭载空间，中国运载火箭技术研究院为用户设计了火箭末级搭载方案：在火箭第三级顶部主有效载荷下方的火箭仪器舱支架板上安排了一个搭载空间。这个小型载荷进入太空后，按计划在轨开机，并以业余无线电频段回传信号，信号内容包括时间、电源电压、电流、温度、轨道辐照值等参数，来自世界五大洲几十个国家的60多个业余无线电爱好者和组织接收到信号。卢森堡-4M完成了地月往返环绕飞行，于2014年11月11日发送了最后一帧信号后进入静默，圆满完成了各项试验任务。全球首个探月商业搭载发射服务项目圆满完成。

丰台少年一号和科创KS-1Q火箭末级搭载项目

2016年11月10日，长征十一号Y2运载火箭发射成功，完成了“一箭五星”的卫星发射。同时，另外两个载荷——丰台少年一号和深圳科创航天公司的KS-1Q，也以火箭末级搭载的形式随运载火箭末级进入太空。两个小型载荷均顺利完成在轨工作，再次证明了火箭末级搭载模式的有效性。

3 未来发展方向

卫星与火箭分离后、与地面建立联系前的这段时间是风险期。通常，此时卫星的主要功能尚未启动、测控尚未捕获、姿态仍未获得，有些卫星的太阳帆板没有打开……需要一段时间的一系列调整。小卫星和末级搭载载荷因为体积小，地面更加难以捕捉和跟踪，面临的风险更大。

未来，在开展末级搭载服务的同时，将尝试开展由火箭末级提供的称为“早期看护”的服务。刚刚分离的火箭末级还保持着与地面通信并回传位置信息的能力，加上末级本身较大的体积，更有利于地面跟踪，搭载在其上的小型载荷也能够一并跟踪。如需要，还可以改进末级，使之能够在入轨早期转发小型载荷的状态信息。

另外，如任务允许，火箭末级可利用剩余推进剂完成一定的轨道机动，提供更有利于小型载荷的轨道和姿态。此外，随着市场需求的牵引和技术升级，火箭末级还可提供升级的服务，如安装太阳能电池、天线等，为载荷提供供电、通信等服务。

此外，在部分发射任务中，火箭末级能够进入轨道理论寿命极长的中高轨道，这类任务的火箭末级还可以作为将纪念物在宇宙空间长期留存的平台。

4 结束语

“十三五”期间，我国“长征”系列火箭将迎来新一轮高密度发射期，仅中国运载火箭技术研究院抓总的“长征”火箭型号就将有数十次发射，其任务目标轨道涵盖中、高、低各类轨道，可为开展火箭末级搭载业务创造丰富的机会。

火箭末级搭载模式为商业小型载荷进入太空提供了低成本和快捷的渠道。其也成为航天商业发射服务的一种新模式，为客户提供了一种新的选择。

在经过两次发射、三组载荷的项目经验积累之后，作为进入太空、利用太空的新途径，火箭末级搭载已经稳步走向成熟。今后这一新兴模式将进一步向市场推广，通过这一新渠道，让“长征”火箭为航天产业发展提供更大的支持。