中國(guó)火箭騰汪洋

杭添仁

“我國(guó)將于今年首次從海上發(fā)射運(yùn)載火箭”這是中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院院長(zhǎng)李洪在早些時(shí)候向媒體透露的。眾所周知，運(yùn)載火箭通常是在陸地上發(fā)射的，近的如酒泉、發(fā)射場(chǎng)、發(fā)射場(chǎng)和文昌發(fā)射場(chǎng)都是建在陸地上，遠(yuǎn)的拜科努爾、東方、卡納維拉爾角和庫(kù)魯?shù)戎l(fā)射場(chǎng)也全是陸地發(fā)射場(chǎng)。那么為什么我們要嘗試海上發(fā)射運(yùn)載火箭呢？

進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)的“天頂3號(hào)”海射火箭矗立在“奧德賽”發(fā)射平臺(tái)上，遠(yuǎn)處是發(fā)射指揮船。

向赤道靠攏

在地球上越靠近地球赤道地方，地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的線速度越大，所以如果航天發(fā)射場(chǎng)越靠近地球赤道，就越能充分利用地球自轉(zhuǎn)力提高運(yùn)載火箭的地球靜止軌道運(yùn)載能力，且入軌角度也比較好。由于地球靜止軌道恰好處于地球赤道平面以上35800千米的地方。因此從赤道附近實(shí)施發(fā).射，衛(wèi)星可直接進(jìn)入地球靜止軌道，無(wú)需耗用燃料進(jìn)行變軌，從而能延長(zhǎng)衛(wèi)星運(yùn)行壽命，降低發(fā)射或衛(wèi)星的運(yùn)營(yíng)成本。這一減（火箭燃料）一加（地球自轉(zhuǎn)推力）可使火箭的有效載荷增加許多。

各航天大國(guó)都將自己主要的衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)建在盡可能靠赤道的地方。像美國(guó)的卡納維拉爾角發(fā)射場(chǎng)位于北緯28°；拜科努爾發(fā)射場(chǎng)位于北緯46°；最理想的陸上發(fā)射場(chǎng)是歐洲航天局法屬圭亞那的庫(kù)魯發(fā)射場(chǎng)，它恰好位于赤道附近，只有北緯5。。

如果俄羅斯著名的“質(zhì)子”號(hào)大型運(yùn)載火箭改在上文中提到的臨近赤道附近的庫(kù)魯發(fā)射場(chǎng)發(fā)射，將比它從拜科努爾發(fā)射場(chǎng)發(fā)射可提高20%的地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力。

再拿我國(guó)四大航天發(fā)射場(chǎng)來(lái)舉例，相較于緯度較高的酒泉（北緯41°）、太原（北緯38°）、西昌（北緯28°）發(fā)射場(chǎng)，在位于北緯19°文昌發(fā)射場(chǎng)發(fā)射同型號(hào)火箭能將火箭推力增加10%左右，減少衛(wèi)星調(diào)姿消耗燃料，延長(zhǎng)衛(wèi)星使用壽命，僅在校正夾角上，文昌與西昌相比，節(jié)省的燃料就可以讓衛(wèi)星多運(yùn)行3年，效費(fèi)比高。

那么，在赤道附近沒有國(guó)土的國(guó)家想在赤道附近發(fā)射運(yùn)載火箭怎么辦？可以去赤道附近的公海嘛！

機(jī)動(dòng) 機(jī)動(dòng)

20世紀(jì)90年代，在海上建造發(fā)射場(chǎng)的奇思妙想運(yùn)應(yīng)而生，人們想把海上石油鉆井平臺(tái)或巨輪改進(jìn)成海上發(fā)射平臺(tái)，然后把海上發(fā)射平臺(tái)和運(yùn)載火箭移動(dòng)至赤道附近，接著在海上發(fā)射平臺(tái)起豎運(yùn)載火箭，最終完成海上發(fā)射任務(wù)。

其實(shí)，哪怕海上發(fā)射平臺(tái)不在低緯度區(qū)域，海上發(fā)射火箭還有其他一些優(yōu)勢(shì)，比如：對(duì)空域要求更低、發(fā)射方位角更廣、也更加安全等。非常重要的一點(diǎn)是，可增加發(fā)射的靈活性。從海上發(fā)射可根據(jù)衛(wèi)星軌道的要求選擇最適宜的發(fā)射位置。盡管海射計(jì)劃目前的主要服務(wù)領(lǐng)域是發(fā)射地球靜止軌道的通信衛(wèi)星，但由于其固有的海上機(jī)動(dòng)能力，也可以方便地發(fā)射其它軌道的衛(wèi)星。通常的做法是，發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星時(shí)，選擇夏威夷以南、基里巴斯群島附近的赤道海域。具體發(fā)射地點(diǎn)可依據(jù)氣象條件、船只往返時(shí)間和火箭分離部件墜落區(qū)的安全性加以選擇。發(fā)射中低軌道及極地軌道衛(wèi)星時(shí)，則可選擇檀香山以北的太平洋海域。陸上發(fā)射場(chǎng)往往不能兼顧各種軌道衛(wèi)星的發(fā)射。這也就是為什么美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)都擁有多個(gè)衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)，因?yàn)樗麄兏饔兴鶄?cè)重。

海射火箭的航區(qū)、殘骸落區(qū)安全性好，因?yàn)榭蛇h(yuǎn)離人口稠密區(qū)，當(dāng)火箭發(fā)射后其助推器、第1、2級(jí)的殘骸可直接落入海中，所以能大大提高火箭殘骸墜落的安全性，即使在升空時(shí)發(fā)生故障或爆炸，也不會(huì)殃及平民或地面設(shè)施。目前，各國(guó)在選擇陸上發(fā)射場(chǎng)位置時(shí)，為避讓城市或入口稠密區(qū)傷過不少腦筋。在火箭發(fā)射的實(shí)際運(yùn)作中，火箭的上升軌跡和衛(wèi)星的入軌傾角也常因此受到一定限制。

同樣因?yàn)樗闹芏际谴蠛?，海上發(fā)射還具有射向范圍寬的優(yōu)勢(shì)?；鸺l(fā)射的覆蓋和射向范圍基本不受限制，可以滿足地球靜止軌道衛(wèi)星、大質(zhì)量極軌衛(wèi)星、空間站和深空探測(cè)器等各類航天器的發(fā)射任務(wù)。

海運(yùn)優(yōu)勢(shì)也是在海上發(fā)射火箭的一大長(zhǎng)處。目前，運(yùn)載器和航天器的發(fā)展趨勢(shì)是體積、直徑和重量等越來(lái)越大，用公路、鐵路運(yùn)輸它們都難以滿足要求，而在海上發(fā)射則可以通過巨型輪船運(yùn)輸來(lái)解決。

美俄合資搞公司

1999年3月28日，世界第1枚海射火箭“天頂”3號(hào)在浩翰的太平洋上劃破靜寂的海空，沖上了九重天，在把1顆試驗(yàn)衛(wèi)星成功地送入預(yù)定軌道以后，實(shí)現(xiàn)了人類多年來(lái)在海上發(fā)射運(yùn)載火箭的夢(mèng)想。

“天頂”3號(hào)是由美國(guó)波音公司、俄羅斯能源航天火箭集團(tuán)、烏克蘭南方設(shè)計(jì)局/南方機(jī)械制造科研生產(chǎn)聯(lián)合體和挪威夸納海事集團(tuán)共同投資的國(guó)際海上發(fā)射服務(wù)公司研發(fā)的。公司1995年成立，其股權(quán)分配為：波音公司40%，能源航天集團(tuán)25%，南方設(shè)計(jì)局15%，夸納海事集團(tuán)20%。

該公司的總部位于美國(guó)加利福尼亞州洛杉磯市長(zhǎng)灘，它負(fù)責(zé)發(fā)射計(jì)劃實(shí)施過程的綜合管理，包括“天頂”3號(hào)海射系統(tǒng)的銷售和保險(xiǎn)等業(yè)務(wù)。發(fā)射系統(tǒng)硬件的生產(chǎn)由各參股公司分工負(fù)責(zé)，其中：波音公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)整流罩和有效載荷接口設(shè)備、設(shè)計(jì)并操作基地港港口設(shè)備和負(fù)責(zé)安裝有效載荷；能源航天火箭集團(tuán)負(fù)責(zé)研制并組裝“天頂”3號(hào)海射火箭第3級(jí)；南方設(shè)計(jì)局/南方機(jī)械制造科研生產(chǎn)聯(lián)合體負(fù)責(zé)生產(chǎn)“天頂”3號(hào)海射火箭第1、2級(jí)；夸納海事集團(tuán)負(fù)責(zé)制造總裝指揮船并設(shè)計(jì)改進(jìn)海上發(fā)射平臺(tái)。

由于受多種政治原因的影響，美國(guó)海關(guān)阻止攜帶“天頂”3號(hào)海射火箭部件的指揮船?？考永Ｄ醽喐劭?，認(rèn)定它可用于洲際彈道導(dǎo)彈，國(guó)際海上發(fā)射公司于2009年宣布破產(chǎn)。

2010年，國(guó)際海上發(fā)射公司又進(jìn)行了重組。重組后，俄羅斯能源火箭公司占95%的股份，美國(guó)波音公司占3%，挪威夸納海事集團(tuán)占2%。從此，該公司的投資方由四大集團(tuán)變?yōu)槿蠹瘓F(tuán)（少了烏克蘭南方設(shè)計(jì)局），美國(guó)和挪威也大幅縮減了投資。

由于受國(guó)際關(guān)系和該公司重組等因素的影響，自2014年后國(guó)際海上發(fā)射公司至今沒有發(fā)射過“天頂”3號(hào)海射火箭。

水上的“天頂”

“天頂”3號(hào)海射火箭是1種全液體3級(jí)運(yùn)載火箭，各級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)均采用液氧和煤油作為推進(jìn)劑，地球靜止轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力6噸左右，是當(dāng)時(shí)世界上除歐洲“阿里安”5號(hào)和俄羅斯“質(zhì)子”M運(yùn)載火箭之外的第3大商用運(yùn)載火箭，推銷價(jià)格為9000萬(wàn)美元，與“質(zhì)子”M的相當(dāng)，大大低于“阿里安”5號(hào)火箭1.5億美元的銷售價(jià)格。截止2014年5月26日最后一次發(fā)射，“天頂”3號(hào)海射火箭共完成了36次發(fā)射，33次成功。

“海上奧德賽”發(fā)射平臺(tái)是由4螺旋槳式推進(jìn)系統(tǒng)自推進(jìn)的、半潛雙船式海上移動(dòng)發(fā)射平臺(tái)。原為北海油田的一座石油鉆井平臺(tái)。

“天頂”3號(hào)各級(jí)研制好以后運(yùn)至停泊在加州長(zhǎng)灘的指揮船上完成裝配，然后測(cè)試有效載荷并封裝，接著把它們轉(zhuǎn)移到海上發(fā)射平臺(tái)上，與指揮船一起長(zhǎng)途航行到離基里巴斯圣誕島約370千米的國(guó)際水域赤道附近，即北緯0°，西經(jīng)154°的海域，這里氣候條件良好，風(fēng)浪也不大，幾乎可以全年發(fā)射。

到達(dá)預(yù)訂地點(diǎn)后，發(fā)射架打開，火箭起豎，發(fā)射平臺(tái)上的船員撤離到指揮船上，并駛離到5千米以外。在確保海上發(fā)射平臺(tái)上無(wú)人后，火箭就開始加注、發(fā)射。

名為“海上奧德賽”的海上發(fā)射平臺(tái)，此前遭受過火災(zāi)破壞，經(jīng)夸納海事公司負(fù)責(zé)修復(fù)后改建成海上發(fā)射平臺(tái)。其上面配備有發(fā)射臺(tái)、起豎架、推進(jìn)劑加注系統(tǒng)和其他的輔助設(shè)備等。

海上發(fā)射平臺(tái)甲板長(zhǎng)78米，寬66.8米，可同時(shí)容納68名工作人員在上面工作生活。除工作間外，上面還配備有生活間和醫(yī)務(wù)室等。待發(fā)射前的所有準(zhǔn)備工作全部完成后，工作人員必須通過與總裝指揮船相連的平橋或是直升機(jī)從發(fā)射平臺(tái)撤回到總裝指揮船，并由堅(jiān)守在總裝指揮船發(fā)射控制中心內(nèi)的工作人員控制火箭發(fā)射。

2016年9月，俄羅斯S7集團(tuán)又收購(gòu)了海上發(fā)射指揮船、海上發(fā)射發(fā)射平臺(tái)等。該公司最近表示，打算于2019年12月至2022年間用這個(gè)海上發(fā)射平臺(tái)進(jìn)行12次發(fā)射。

其實(shí)，說(shuō)起海射火箭還有一種，即俄羅斯從水下發(fā)射的波浪號(hào)潛射運(yùn)載火箭。該運(yùn)載火箭是由潛射導(dǎo)彈改裝而成的，已發(fā)射過幾枚，均告成功，但它只能將小型有效載荷發(fā)射到近地軌道，所以近年沒有見其身影。

中國(guó)海射火箭

據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)公司官微報(bào)道，我國(guó)在開展海上發(fā)射試驗(yàn)后，將于今年開始推出面向商業(yè)市場(chǎng)的海上發(fā)射服務(wù)。

用潛射火箭發(fā)射宇宙1號(hào)太陽(yáng)帆示意圖

組裝完畢的“長(zhǎng)征11號(hào)”運(yùn)載火箭

與國(guó)際海射發(fā)射公司不同，我國(guó)海上發(fā)射所用的運(yùn)載火箭和發(fā)射平臺(tái)都是我國(guó)自己的，所以不存在國(guó)與國(guó)之間技術(shù)轉(zhuǎn)讓方面的問題。

我國(guó)擬用“長(zhǎng)征”11號(hào)小型固體運(yùn)載火箭執(zhí)行我國(guó)首次海上發(fā)射任務(wù)，以滿足北緯5°甚至更小傾角軌道衛(wèi)星的發(fā)射需要，進(jìn)一步提高該火箭的任務(wù)適應(yīng)性，從而填補(bǔ)我國(guó)火箭進(jìn)入空間能力的空白，提供更豐富的商業(yè)發(fā)射服務(wù)，搶占世界商業(yè)航天市場(chǎng)。近幾年來(lái)，近赤道、低軌道傾角衛(wèi)星的發(fā)射需求日趨旺盛，我國(guó)海射火箭能滿足這些需求，具有較強(qiáng)的安全性和靈活性。

不過我國(guó)火箭專家指出，在海上發(fā)射也對(duì)海射火箭的性能提出了更高的要求：大洋之中補(bǔ)給能力有限，火箭的測(cè)試發(fā)射工作越簡(jiǎn)捷越好；在海上發(fā)射時(shí)，還要面對(duì)海面的晃動(dòng)和高溫?zé)崃鞯囊龑?dǎo)等問題，這就需要運(yùn)載火箭采用合適的控制與發(fā)射方式。

“長(zhǎng)征”11號(hào)是我國(guó)新研制的一種4級(jí)固體小型運(yùn)載火箭，目前它可把350千克有效載荷送入700千米高度太陽(yáng)同步軌道，低軌運(yùn)載能力為700千克，經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)，今后還能進(jìn)一步提高運(yùn)載能力?！伴L(zhǎng)征”11號(hào)具有“快速、靈活、可靠、便捷、低廉”一系列優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)運(yùn)載火箭24小時(shí)快速發(fā)射的跨越，主要用于滿足自然災(zāi)害、突發(fā)事件等應(yīng)急情況下微小衛(wèi)星發(fā)射需求。這些特點(diǎn)也能滿足要求海上發(fā)射的要求，并向市場(chǎng)提供安全、靈活等更完善到位的商業(yè)航天發(fā)射服務(wù)，在國(guó)際商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)中具有重要意義。

進(jìn)行海上發(fā)射還要有穩(wěn)定的海上發(fā)射平臺(tái)。近年來(lái)我國(guó)已打造出世界最大、鉆井深度最深的海上“藍(lán)鯨”1號(hào)鉆井平臺(tái)和世界先進(jìn)水平的集裝箱船“鄭和”號(hào)等一大批先進(jìn)海上平臺(tái)裝備，這就為建造性能優(yōu)異的海上發(fā)射平臺(tái)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。據(jù)悉，即將亮相的中國(guó)火箭海上發(fā)射平臺(tái)是由萬(wàn)噸級(jí)巨型貨輪改造而成。

責(zé)任編輯：武瑾媛