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中国军控专家卫星变轨会导致折寿

2018-11-28 14:07:43

中国军控专家:卫星变轨会导致折寿

特约撰稿吴日强、李彬(清华大学国际问题研究所副所长、中国军控协会理事)

8月31日,中国“长征三号乙”运载火箭发射印度尼西亚“帕拉帕-D”通信卫星,未能将卫星送入预定轨道。不少国内读者以为,“长征三号乙”火箭和韩国“罗老号”一样发射失败了。谁知道,数小时后,卫星制造商法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司宣布卫星已经捕获,可以实施卫星变轨。那么,“变轨”这种技术究竟是怎么回事呢?

韩国卫星无法变轨

韩国此次发射失败的原因是,韩国的卫星为低轨(距离地球表面300公里)运行的小型卫星(100公斤),发射时由于整流罩未能正常分离,附加在卫星上的整流罩残片增加了有效载荷的重量,导致卫星不能获得环绕地球飞行所需的速度,而直接坠入大气层中烧毁。而中国发射的“帕拉帕-D”卫星,则是在地球同步轨道(距离地球表面36000公里)运行的大型通信卫星(4.1吨),虽然火箭三级发动机出现故障,卫星未能进入预定同步转移轨道,但却不至于坠入大气层,卫星本身是正常的,所以还有挽救的余地。另外,即使韩国的卫星未坠毁,由于其本身不具备变轨能力,也无法回到预定轨道。“帕拉帕-D”卫星则具有机动变轨的能力,所以在火箭出现故障时,尚有希望来自救。

变轨可能让卫星“折寿”

“长征三号乙”火箭发射同步卫星的正常程序是,用三级火箭将卫星送到近地点200公里,远地点36000公里的大椭圆轨道(同步转移轨道)上,这时火箭的任务完成。卫星接下来依靠自身携带的发动机实现变轨,从同步转移轨道上变到同步轨道上并定点。

此次发射由于三级发动机故障,中国发射的卫星未能进入同步转移轨道,只能停泊在一个稍低的轨道上。但卫星可以从这一较低的轨道转移到同步轨道。卫星携带的发动机有两个功能:一是用于发射过程中的变轨,二是用于整个工作期间的轨道保持和调整。卫星工作期间由于各种原因会偏离预定轨道,偏离较大时,需要启动发动机修正轨道。

发动机携带的燃料是有限的,“帕拉帕-D”卫星即便变轨成功,也会消耗掉原本用于轨道维持的燃料。这样,卫星用于轨道保持的燃料可能不够,卫星也可能因此提前终止寿命。至于卫星的寿命是否缩短,缩短多少,还得看卫星的具体设计参数。

“帕拉帕-D”卫星赖以复活的变轨技术,是发射卫星的基础技术之一,中国在几十年前就已经掌握。在大气层外机动无法利用空气动力,只能给飞行器(弹头或卫星)加装火箭发动机和燃料,利用发动机推力实现飞行器的机动。总体来说,太空发动机并没有太高的技术门槛,能研制运载火箭发动机的国家大都能研制太空发动机,并掌握变轨技术。

长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心,将印度尼西亚“帕拉帕-D”商业通信卫星发射升空。

变轨技术无助导弹突防

中国的神舟载人飞船试验成功后,有一种观点认为,飞船的成功运行标志着中国已经掌握了大气层外机动技术(即变轨技术),而这一技术可以用于弹道导弹突防,亦即弹道导弹在大气层外主动规避拦截弹的拦截,所以中国已经掌握了对付美国导弹防御系统的杀手锏。这一观点在中国的安全问题学者和大众中间普遍流行,相关说法也被西方媒体广泛转载和引用,造成了一定影响。

实际上,上述观点缺乏有力的依据。

笔者的推演如下:通常情况下,弹道导弹在中段飞行过程中只受重力作用,弹道形状为抛物线,容易被拦截方预测,并将预测结果用于拦截。为了让防御方不易预测进攻导弹的位置,进攻方让导弹在大气层外变轨。为此,进攻导弹需要携带额外的发动机和燃料。结果,进攻导弹在不能减小其携带的核弹头和其他部件重量的情况下,只能损失一定射程。

攻防对抗开始后,为了实现突防,进攻弹头在重新进入大气层之前必须不断实施变轨,而这需要大量燃料,远远超出进攻导弹的运载能力。笔者的研究表明,进攻导弹难以维持这么长时间的机动。

另外,这一方案也会带来额外的负担。由于增加了一套变轨发动机系统,系统的复杂性大增加,而可靠性则锐减。再者,导弹为了突防,还会有隐身和诱饵等手段,而变轨发动机工作时产生的尾焰和加速度,则使真弹头成了目标群中醒目的目标,让隐身等手段全都白废,反而导致弹头在不能变轨的时间段内变得极其脆弱。

综上所述,,太空机动变轨技术中国早已掌握,不需要利用神舟载人飞船或其他太空计划来开发这一技术。第二,太空机动变轨技术本身无助于提高中国弹道导弹的突防能力。“中国的太空计划会提高导弹突防能力”的说法,实际上是有损于中国国家利益的。危害之一是夸大了中国的军事实力,误导了公众;危害之二是赋予了中国载人航天以及其他和平利用太空计划本不具备的军事意义,在一定程度上阻碍了国际太空合作,还为“中国威胁论”提供了弹药。

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