全球首次固体火箭堆叠9星入轨，“叠罗汉”有多香？

前不久，引力一号遥三运载火箭将9颗卫星顺利送入预定轨道，飞行试验任务取得圆满成功。

值得关注的是，本次任务是全球首次由固体运载火箭完成堆叠卫星发射。这一次，卫星不再是“挂”在火箭里，而是像“叠罗汉”一样一层层摞了上去。从“壁挂”到“堆叠”，一词之变，背后是一笔关于空间、重量、成本和组网节奏的技术账。

从“壁挂”到“叠罗汉”

整流罩是火箭上最昂贵的“房产”，直径有限、高度有限，还要给分离机构、适配器、电缆和安全间隙留出余量。因此，这个圆柱形壳子里能放进去多少卫星，直接决定了一发火箭能送多少颗星星上天。

卫星在整流罩内叠放

传统做法为壁挂式。火箭内部立一根中心承力筒，多颗卫星通过适配器挂在承力筒四周，必要时再沿轴向分几层串联。这种方式技术成熟、接口清晰、单星独立性强，适合外形各异、质量不一的拼车任务，是我国以往一箭多星的主流选择。但代价也很明确：承力筒本身要占去一部分容积和质量，卫星之间必须预留安全间隙，越往外挂，整星质心越高，发射段承受的力学环境也越苛刻。

用“引力一号”总设计师兼总指挥徐国光的话说：“以往如果卫星比较多，都会用壁挂的方式，有一个承力筒，把它挂在承力筒上面飞上去，运载火箭的空间利用率不是特别高。”

堆叠式则换了思路。卫星被做成扁平的“平板”，取消中心承力筒，靠星上连接套筒和拉杆逐层压紧，形成一个整体组合体，最底层通过星箭连接环与火箭对接。入轨后，连接机构按序解锁，预紧力释放，卫星依次分离。“引力一号”此次采用的正是“堆叠星组合体加平板星”的混装方案。

盘活整流罩“大房间”

平板化构型消除了不规则外廓带来的无效空腔，去掉中心承力筒又省出了一大块“公摊面积”。业内普遍认为，平板堆叠构型可使整流罩容积利用率显著提升，单次可部署卫星数量也将成倍增长。“引力一号”整流罩直径达4.2米级，本身就具备大容积优势，堆叠布局相当于把这只“桶”从“装西瓜”改成“装书本”，同样的容积能装下的东西自然更多，这也是引力一号火箭的6.5吨近地轨道运力能被充分利用的前提。

有效载荷占比，指的是真正“有用”的卫星质量占火箭入轨投放总质量的比例。壁挂方案中，承力筒、多层适配器、分离弹簧机构都是“死重”。堆叠方案把这些结构合并为几处套筒和拉杆，结构效率更高，“死重”下降，有效载荷占比随之提升，根据公开报道，提升幅度在三成量级，具体数值因箭型、轨道和星型而异，但省下来的每一公斤都能换成一颗额外的组网星。

引力一号火箭在海上发射

火箭运载效率高了，单星分摊的发射费用就降了。这是巨型星座最看重的指标。千帆星座一期数百颗星的规模意味着，发射不是“偶尔为之”，而是“流水线作业”。只有单星发射成本被摊薄到可预期区间，星座的建设周期和财务模型才“站得住脚”。

最后，这种方式也使卫星制造—转运—装填—发射的链条大幅缩短。标准化接口让卫星可以批量下线、整体集成、快速装罩，而不是每一颗都要单独适配、单独测试。

堆叠不难，分离才是本事

把卫星摞起来不难，难的是让它们在数百公里高空安全、有序、无碰撞地散开。

结构力学是第一道关卡。常规小卫星多点支撑、外形紧凑。而堆叠组合体平面尺寸大，只在边缘局部约束，底部几个套筒要托起层层叠加的重量，跨度接近3米，且固有频率偏低，纵向振动响应偏大，局部受力集中。这意味着，必须重新设计承力路径、连接刚度和压紧力分布，既要保证发射段不散架，又不能把卫星压变形。固体火箭振动环境本就偏严酷，而“引力一号”又是全固体捆绑构型，因此这一关的分量更重。

解锁分离是第二道关卡。传统一箭多星靠弹簧分离，每颗星自带动力源。堆叠方案为了省空间省重量，星间不设弹簧，只能依靠层叠压紧配合时序解锁，属于无动力源分离。这就要求解锁机构零失误，预紧力释放可预测，分离冲击不干扰邻星敏感器。“引力一号”此次验证了多星分离主动控制安全距离技术，通过精准时序与末级姿态调控，在800公里轨道上完成多星依次分离。

引力一号火箭飞行中

时序与相对运动控制是第三道关卡。9颗星依次释放，每一颗的速度增量、姿态、释放间隔都要精确计算，还需要全程推演星间相对运动，防止追尾和刮碰。混装方案则进一步增大了分离序列的复杂度——不同组合体的质心、惯量、分离方式各异，时序编排相当于一场精心排练的“多演员退场”。

配套工艺是第四道关卡。卫星叠在一起时，散热面互相遮挡，电磁兼容、射频隔离、火工品安全距离、测通检接口可达性等问题都会被放大；同时，整垛组合体的吊装、转运、装罩工艺也必须重新设计，不能沿用单星吊装的旧流程。

正因如此，这次成功不只是“装得更多”，更是把堆叠布局从液体火箭的经验领域拓展到了固体火箭，并首次与海上机动发射、巨型星座组网联系，实现了“3条线拧在一起”。

标准化造出航天“集装箱”

堆叠式卫星发射虽然已经试验成功，但规模化应用则依赖标准的发布。值得一提的是，由火箭院北京宇航系统工程研究所牵头编制的国家标准《平板式堆叠卫星星箭机械接口要求》已获批准发布，将于2026年11月1日起实施。

该标准规定了平板式堆叠卫星组合体的术语定义、机械接口设计要求、接口尺寸系列推荐值以及验证分析与试验要求，旨在推动机械接口统型，增强产品通用性与互换性。

标准的意义在于把一家能用变成大家都能用。接口统一后，卫星可以按统一规格设计承载结构，火箭也可以固化适配方案，发射方可以复用分离时序库，从而形成类似集装箱的产业生态。届时，堆叠布局的效率红利才能逐渐凸显出来。

从“壁挂”到“堆叠”，改变的不仅是卫星在整流罩里的姿态，更是低轨资源开发的组织方式。它要求卫星构型扁平化、接口标准化、生产批量化、分离可编程，要求火箭把每一公斤运力和容积、每一秒时序都精心计算到极致，也要求发射场、海上平台、测控落区形成与之匹配的勤务体系。“引力一号”这一发把3吨多载荷送上800公里，把9颗星稳稳散开，也把堆叠布局在固体火箭上的可行性“钉”在了实测数据上。

面向未来，真正决定组网节奏的已不再是能不能叠，而是能叠多少、多久叠一次、单星成本能降到什么水平。随着这3个数字持续改善，发射就会从一项项任务变成一条条产线，低轨星座的补网与扩容也将拥有稳定、可预期、可负担的进出通道。

到那时，“叠罗汉”将不再是一次次技术验证中的亮点，而会成为我国航天常态化投送能力中一个朴素的注脚——这或许正是这项技术走向成熟的最好证明。

来源/《中国航天报·飞天科普周刊》

文/孙徐舟

编辑/马骁 高辰

审核/杨蕾

监制/黄希

本文转载自公众微信号：中国航天报

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