长四丙成为第一个吃螃蟹的火箭上面级
“长四丙”遥四十七发射
北京时间年3月17日15时9分，搭载“遥感三十四号”02星的“长征四号丙”遥四十七运载火箭，在酒泉发射场发射升空，“长四丙”本年度第3次任务圆满成功。
与前两次不同的是，本发火箭还搭载了末子级验证系统，由中国航天科技集团八院（上海航天）抓总研制，利用已完成主任务的火箭末子级构建搭载平台，开展技术验证[1]。
什么是末子级验证系统？末子级验证系统源自上海航天低成本太空试验系统，后者是对运载火箭留轨的末子级进行升级改造，充分利用其完整结构体和轨道停留时间，增加独立的能源、通信和控制模块，并不断完善和升级空间环境测量能力，可提供元器件、组件和载荷在轨试验的标准机、电、热和信息接口，成为一种新型低成本、常态化的太空试验系统。
低成本太空试验系统示意图
如果上述表达还不够清晰，我们用更简单的语言来解释这个系统。现役运载火箭绝大部分都拥有两级以上的构型，这当中芯级火箭的最后一级也称末子级，低成本太空试验系统就是对这一部分加以利用，变废为宝。通过给末子级加装独立的能源、通信和控制模块，可以让其变成一个完整的卫星平台，在这个平台上配备了标准的机械、电气、热以及信息接口，可以实现即插即用地安装由其它单位研制的元器件、组件、载荷等，并为这些载荷提供太空环境下的试验。对于低成本太空试验系统而言，末子级验证系统的作用就是为其开展技术验证。
为什么要利用火箭末子级？在世界航天领域，绝大部分运载火箭都是一次性的，也就是用了就扔，这样就变成了太空垃圾。以年为例，世界航天总计进行了次发射，抛开11次发射失败，使用的运载火箭大都拥有2级以上的构型，总计产生了数百件太空垃圾。对于非末子级火箭级段而言，大部分留空时间较短，会较快地再入地球大气层烧毁。对于轨道高度较高的末子级火箭而言，其留轨时间较长，有些甚至长达几十年，成为了对人类太空活动构成威胁的太空垃圾。那么，该如何是好？那就变废为宝！
以目前的技术水平，如果对火箭末子级进行回收复用，会因技术难度大、成本高而不具可行性。根据末子级留轨时长的特点，又基于末子级本身附带运载火箭的仪器舱，集中安装了控制系统和其他系统的仪器、设备，使得末子级成为最具改造潜力的火箭级段。低成本太空试验系统的推出是充分利用了火箭末子级的特点，恰到好处！
“长征四号丙”结构示意图
是否需要二次改造？既然是对火箭末子级的改造利用，那么有人就会有疑问，这种改造利用是在地面完成的还是需要在太空进行二次改造。我们可以假设在低成本太空试验系统项目中，火箭末子级利用需要在太空进行二次改造，那就意味着需要发射具有机械臂的卫星来执行此类操作，于是就会导致成本过高而不具可行性，还不如直接发射卫星来得简单。所以，低成本太空试验系统必定是在地面就已经安装完成的。
随着世界航天发射的快速增长，太空垃圾成为日益严重的问题，已经显著威胁到人类正常太空活动的开展，如何减少太空垃圾成为日益严峻的问题。在大洋彼岸，SpaceX通过回收复用其“猎鹰”系列火箭的芯一级和整流罩，不仅大幅降低了发射成本，还有效减少了太空垃圾，但是“猎鹰”系列的芯二级却没能实现回收复用，和其他运载火箭上面级一样成为太空垃圾的一大来源。
上海航天通过低成本太空试验系统，可以将芯二级变成一个卫星平台，为各类企业的元器件、组件、载荷提供搭载服务，使这些载荷获得太空试验的机会。这就相当于“拼卫星”，末子级提供了一个大的卫星平台，多个载荷方共用这一个平台，以较低的成本实现试验的目标。通过低成本太空试验系统，不但实现了物尽其用，还事实上减少了来自载荷方的卫星发射需求，又减少了太空垃圾。毫无疑问，中国航天的这一次创新，将在世界航天工程应用中起到引领性作用！
作者：大白高国
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[1]引自上海航天发布
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