俄羅斯“海上發(fā)射”系統(tǒng)發(fā)展分析

黃長梅 吳小寧（北京航天長征科技信息研究所）

1 引言

“海上發(fā)射”（Sea Launch）系統(tǒng)由俄羅斯民營航天公司S7航天運輸系統(tǒng)有限責任公司（S7 Space，簡稱“S7航天公司”）所有并運營，是可由赤道附近太平洋海域發(fā)射運載火箭的全商業(yè)化海上移動發(fā)射場，由“奧德賽”發(fā)射平臺、總裝指揮船、母港和天頂－3SL（Zenit－3SL）運載火箭組成，可將6t以內(nèi)的有效載荷送入近地軌道。截至目前，“海上發(fā)射”系統(tǒng)共完成36次商業(yè)發(fā)射，34次完全成功，1次失敗，1次部分成功，完全成功率為94.4%。2014年5月27日，“海上發(fā)射”系統(tǒng)完成歐洲通信衛(wèi)星－3B（Eutelsat－3B）后，暫停發(fā)射服務(wù)。

“海上發(fā)射”系統(tǒng)命運不斷反轉(zhuǎn)。3月17日，“海上發(fā)射”系統(tǒng)的總裝指揮船由美國抵達俄羅斯遠東港口。2020年4月1日，“奧德賽”發(fā)射平臺在俄羅斯遠東地區(qū)的斯拉維揚斯克港口靠岸，結(jié)束近一個月的海上航行[1]。與此同時，2020年4月10日，俄羅斯總統(tǒng)普京與國內(nèi)航天領(lǐng)域負責人召開視頻會議時，再次督促要加強國企與私企的合作，制定相應(yīng)政策，吸引民間資本參與航天活動[2]。俄羅斯媒體報道稱，俄羅斯國家航天集團（ROSCOSMOS）會后立即委托其下屬各專業(yè)單位，開展海上發(fā)射平臺未來商業(yè)運營的可行性評估。但僅僅過了兩星期，4月23日，俄羅斯S7航空航天集團總經(jīng)理費列夫在接受《生意人報》采訪時卻表示，疫情對集團的航空業(yè)務(wù)造成嚴重影響，且“海上發(fā)射”系統(tǒng)的恢復成本遠超預期，因此將暫時停止發(fā)展相關(guān)項目，并直至時機成熟[3]。然而，8、9月期間，俄羅斯副總理尤里·鮑里索夫與俄羅斯航天國家集團總經(jīng)理德米特里·羅戈津均在不同場合高調(diào)表示，正在聯(lián)合評估“海上發(fā)射”系統(tǒng)用于發(fā)射聯(lián)盟－5（Soyuz－5）和聯(lián)盟－6火箭發(fā)射的恢復成本[4]。

2 發(fā)展歷史

“海上發(fā)射”系統(tǒng)的誕生與當時國際航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢緊密相關(guān)。因冷戰(zhàn)政策，蘇聯(lián)航天企業(yè)幾乎無法參與國際航天項目，而冷戰(zhàn)結(jié)束后，繼承蘇聯(lián)大部分航天遺產(chǎn)的俄羅斯宇航企業(yè)獲得了新的機會。1993年，俄羅斯能源科研生產(chǎn)聯(lián)合體（現(xiàn)名為能源航天集團）時任總經(jīng)理謝梅諾夫在前往美國參加會議時，首次提議希望與美方開展合作，建設(shè)海上發(fā)射場。與此同時，美國波音公司（Boeing）也希望能夠在商業(yè)發(fā)射領(lǐng)域獲得更多的市場份額。兩家企業(yè)一拍即合，希望打破“阿里安”（Ariane）火箭在商業(yè)發(fā)射市場一家獨大的局面。

通過多輪談判和方案論證，海上發(fā)射公司最終于1995年成立，項目啟動資金35億美元。美國波音航空航天公司（Boeing Commercial Space Company，波音公司的子公司）占股40%；俄羅斯能源航天集團占股25%；烏克蘭南方設(shè)計局占股5%；烏克蘭南方機械制造廠占股10%；挪威阿克克瓦納船舶制造公司（AkerKv?rner）占股20%。波音公司為總集成單位，負責有效載荷模塊的研制、母港岸上系統(tǒng)的組織和建設(shè)，以及市場營銷和客戶開發(fā)。能源航天集團為火箭部分的總集成單位，研制并批產(chǎn)DM-SL上面級，負責火箭射前準備、發(fā)射、飛行自動控制系統(tǒng)及測量系統(tǒng)設(shè)計。阿克克瓦納船舶制造公司負責船舶部分：將原來用于石油開采的海上平臺改造為發(fā)射平臺，制造總裝指揮船，并負責船舶運營。南方設(shè)計局和南方機械制造廠負責天頂－3SL火箭的設(shè)計、制造和總裝。

1999年起，“海上發(fā)射”系統(tǒng)開始發(fā)射商業(yè)載荷，但運營并不順利，海上發(fā)射公司現(xiàn)金流出現(xiàn)問題，遭遇破產(chǎn)重組。根據(jù)公司提交的申請，其股票市值為1～5億美元，債務(wù)為5～10億美元。有媒體分析顯示，公司虧損原因是沒能保證完成計劃的發(fā)射密度。最初計劃每次出海完成2次發(fā)射任務(wù)，但實際執(zhí)行過程中，每次出海僅能發(fā)射1枚火箭，導致運營成本增加。波音公司和阿克克瓦納船舶制造公司選擇不再注資，海上發(fā)射公司無法獲得足夠的周轉(zhuǎn)資金。2009年6月22日，海上發(fā)射公司宣布破產(chǎn)重組。2010年7月末，海上發(fā)射公司控制權(quán)交給能源航天集團。能源航天集團持股95%，波音公司持股3%，阿克克瓦納船舶制造公司持股2%。

俄烏政治危機再為海上發(fā)射平臺添設(shè)新路障。海上發(fā)射公司重組之后，發(fā)射平臺繼續(xù)運營，并在2011－2014年完成6次發(fā)射任務(wù)。2014年8月22日，烏克蘭東部爆發(fā)武裝沖突，俄烏全面停止航天領(lǐng)域合作，海上發(fā)射公司宣布2015年6月之前暫停發(fā)射活動。但隨著俄烏關(guān)系的持續(xù)緊張，天頂-3SL火箭制造任務(wù)無法協(xié)調(diào)，能源航天集團放棄繼續(xù)運營平臺，并開始與各國航企談判，出售“海上發(fā)射”系統(tǒng)。

俄羅斯大型私營航空公司S7集團（后更名為S7航空航天集團）欲進軍航天領(lǐng)域，與能源航天集團達成收購協(xié)議。S7航空航天集團注冊成立S7航天公司，并于2016年9月27日與海上發(fā)射公司簽訂總價1.5億美元的總裝指揮船、“奧德賽”發(fā)射平臺、火箭發(fā)射裝置、母港地面設(shè)備和“Sea Launch”商標收購合同。整個交易幾經(jīng)周折，終于在2018年4月完成交易的全部程序。

但被收購的“海上發(fā)射”系統(tǒng)面臨新的挑戰(zhàn)。俄羅斯航天國家集團曾允諾S7航空航天集團，可在完成收購后的一段時間內(nèi)繼續(xù)使用“天頂”火箭，執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。而隨后俄羅斯航天國家集團換帥，主管軍工的副總理換人，都使得“天頂”火箭完成跨國總裝的希望變得更加渺茫。

3 系統(tǒng)概況

“海上發(fā)射”系統(tǒng)是迄今為止現(xiàn)代化程度最高的海上發(fā)射場，首次實現(xiàn)了由地球任意海域發(fā)射火箭的目標，具有很強的機動性和經(jīng)濟性?！昂Ｉ习l(fā)射”系統(tǒng)由“奧德賽”發(fā)射平臺、總裝指揮船、“天頂”火箭、母港及相應(yīng)設(shè)備組成[5]。

“奧德賽”發(fā)射平臺由鉆井平臺改裝而成，在結(jié)構(gòu)上由2個加長躉船、10個直徑為7～13m的立柱組成。每個立柱下方由5個水平橫梁固定，還有額外的對角橫梁可保證結(jié)構(gòu)剛度。平臺殼體包括主甲板、上甲板、發(fā)射甲板。發(fā)射甲板上為發(fā)射臺、火箭存放庫、平臺運動控制主指揮臺和直升機停機坪。生活區(qū)有可容納68人的船艙、會議室、休息室、廚房、食堂、食品倉庫，并配備了救生、防火安全系統(tǒng)，用于應(yīng)對發(fā)射事故。

位于母港的總裝指揮船和發(fā)射平臺

總裝指揮船由阿克克瓦納船舶制造公司專門為“海上發(fā)射”系統(tǒng)設(shè)計建造，1997年完成。總裝指揮船可同時運輸和貯存包括火箭和有效載荷模塊在內(nèi)的3套運載系統(tǒng)。在總裝指揮船上完成的工作與陸上發(fā)射場技術(shù)區(qū)基本相同，包括火箭各級段裝配，火箭與整流罩和有效載荷對接，火箭和有效載荷的所有系統(tǒng)全套聯(lián)試，上面級推進劑組元和氣體加注等。同時，總裝指揮船還是火箭射前準備和發(fā)射時的控制中心，配有上面級飛行控制指揮中心，遙測數(shù)據(jù)接收和處理系統(tǒng)。射前，工作人員撤離發(fā)射平臺，返回總裝指揮船，通過無線電實現(xiàn)發(fā)射準備控制。

母港離舊金山較近，是位于距長灘市不遠處海港內(nèi)的人工堆積碼頭，曾是美國的軍事基地。母港由有效載荷模塊準備廠房、火箭級段和上面級貯存廠房、辦公樓及其他廠房組成。母港的任務(wù)是貯存由俄羅斯和烏克蘭運來的火箭部件，以及由美國運來的有效載荷模塊。在母港可進行發(fā)射平臺的液氧、煤油和氣體加注，發(fā)射平臺和總裝指揮船在此停泊和前往發(fā)射點?；鸺煽傃b指揮船向發(fā)射平臺的轉(zhuǎn)載任務(wù)也在母港碼頭完成。

“海上發(fā)射”系統(tǒng)采用的天頂－3SL火箭由兩級型火箭天頂－2S、DM-SL上面級和有效載荷模塊構(gòu)成。由于火箭需從海上移動發(fā)射平臺發(fā)射，因此對火箭進行了改造，以適應(yīng)新的發(fā)射環(huán)境。

4 “海上發(fā)射”系統(tǒng)的火箭備選方案

對于“海上發(fā)射”系統(tǒng)來說，目前最主要的問題不是營銷和開發(fā)客戶，而是發(fā)射平臺原本采用的火箭由烏克蘭生產(chǎn)。在俄烏關(guān)系全面緊張的形勢下，“天頂”火箭的制造和裝配無法協(xié)調(diào)，而俄羅斯國內(nèi)沒有合適的火箭用于“海上發(fā)射”系統(tǒng)。下面按時間順序介紹曾經(jīng)討論過的火箭方案。

“天頂”火箭

“天頂”火箭憑借其高可靠性、低成本和無人值守發(fā)射的特性，在“海上發(fā)射”系統(tǒng)項目調(diào)研時就被選中。自1999年，“天頂”火箭共由海上平臺完成36次發(fā)射任務(wù)。“天頂”火箭由烏克蘭南方機械制造廠總裝，但包括RD-171發(fā)動機和控制系統(tǒng)在的70%部件由俄羅斯配套。在海上發(fā)射平臺收購完成后，S7航天公司宣布會繼續(xù)采用“天頂”火箭執(zhí)行發(fā)射任務(wù)，直至俄羅斯本國出現(xiàn)合適的運載火箭，并于2017年4月宣布，簽署了12枚“天頂”火箭的購買合同。但2019年，俄羅斯媒體報道稱，S7航天公司已打算終止合同，主要原因是得不到俄羅斯政府方面的支持，因此俄羅斯企業(yè)無法向烏方提供“天頂”火箭制造所需的配套設(shè)備。

天頂-3SL火箭

聯(lián)盟－5火箭

聯(lián)盟－5火箭為俄羅斯在研中型運載火箭，能源航天集團為總體設(shè)計單位，進步航天中心承研，采用兩級構(gòu)型，近地軌道運載能力可達17t，計劃于2023年完成研制，2024年由拜科努爾發(fā)射場首飛。俄羅斯曾表示，未來將由聯(lián)盟－5火箭接替“天頂”火箭，由“海上發(fā)射”系統(tǒng)發(fā)射。但與此同時，S7航天公司時任總經(jīng)理謝爾蓋·索波夫曾表示，聯(lián)盟－5火箭無論是技術(shù)指標，還是價格，都不滿足公司的要求。根據(jù)市場需求，海上發(fā)射平臺的地球同步軌道運載能力應(yīng)達到3.2t，獵鷹－9（Falcon－9）、阿里安－62和“伏爾甘”（Vulcan）火箭均滿足該指標，但聯(lián)盟－5火箭無法實現(xiàn)。

安加拉－A3火箭

安加拉－A3是赫魯尼切夫國家航天科研生產(chǎn)中心新研系列火箭之一，為中型運載火箭，芯一級捆綁2枚通用火箭模塊作為助推器，采用液氧煤油推進劑。但在論證安加拉－A3火箭海上發(fā)射時遇到的問題是：首先，安加拉－A3火箭從未開展過飛行試驗，發(fā)射安全性尚未得到驗證；其次，如果將安加拉－A3火箭用于海上發(fā)射平臺，需要對發(fā)射平臺或火箭本身結(jié)構(gòu)進行較大調(diào)整，成本較高。

聯(lián)盟－7火箭

聯(lián)盟－7火箭因S7航天公司得名。根據(jù)計劃，S7航天公司希望通過對俄羅斯現(xiàn)存NK33和NK43發(fā)動機進行改進，并基于聯(lián)盟－5火箭研制一級可重復使用的聯(lián)盟－7運載火箭，降低發(fā)射成本，贏得商業(yè)發(fā)射市場。NK33和NK43是在蘇聯(lián)時期由庫茲涅佐夫薩馬拉科學技術(shù)綜合體研制，用于N1-L3載人登月計劃，可重復使用。S7集團表示，希望購買36臺該型庫存發(fā)動機，以及相關(guān)文件、工裝和技術(shù)儲備，并在俄羅斯薩馬拉市組建發(fā)動機制造廠。

聯(lián)盟－6火箭

聯(lián)盟－6火箭計劃在重型運載火箭“葉尼塞”（Enisei）項目框架下研制，采用兩級構(gòu)型，未來將作為重型運載火箭的芯一級，主發(fā)動機采用RD-180發(fā)動機。根據(jù)2020年4月11日俄羅斯媒體報道的最新消息，俄羅斯航天國家集團表示，擬研制聯(lián)盟－6火箭以替代“天頂”火箭，用于海上發(fā)射平臺。負責俄羅斯火箭在國際發(fā)射市場推廣的宇航總發(fā)射服務(wù)公司（GK發(fā)射服務(wù)公司）受托，通過對比分析東方和拜科努爾發(fā)射場，評估“海上發(fā)射”系統(tǒng)競爭力。進步航天中心負責研制聯(lián)盟－6火箭，評估火箭研發(fā)、批產(chǎn)和發(fā)射準備的成本。地面基礎(chǔ)設(shè)施運營中心受托評估“海上發(fā)射”系統(tǒng)的維修費用、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費用，以及系統(tǒng)維護規(guī)模。俄羅斯航天國家集團的瑪瑙總體經(jīng)濟研究院（Agat）負責提供海上發(fā)射項目恢復的經(jīng)濟技術(shù)論證。

5 結(jié)語

“海上發(fā)射”系統(tǒng)的誕生是國際商業(yè)發(fā)射領(lǐng)域合作的一次全新但并不成功的嘗試。來自美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威的5家企業(yè)，利用自己在各個領(lǐng)域的優(yōu)勢，通過貸款和融資建成了無論是在技術(shù)上，還是在管理上，在今天來看依然比較先進的“海上發(fā)射”系統(tǒng)。但作為商業(yè)發(fā)射項目，“海上發(fā)射”系統(tǒng)又沒有達成最初的盈利目標，除了每次發(fā)射前的轉(zhuǎn)運周期較長、人員協(xié)調(diào)繁瑣等限制性因素外，最重要的是沒有實現(xiàn)一次出海完成多枚火箭發(fā)射的既定目標。

“海上發(fā)射”系統(tǒng)未來的發(fā)展仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。在收購完成之后，“海上發(fā)射”系統(tǒng)由美國轉(zhuǎn)移到俄羅斯遠東待命，但S7航空航天集團因疫情導致的發(fā)展危機和懸而未決的火箭選擇，都使得“海上發(fā)射”系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展舉步維艱。俄羅斯政府部門和航天國家集團雖然積極介入，企圖把“海上發(fā)射”系統(tǒng)用起來，但巨額的系統(tǒng)修復成本，較長的火箭研制周期，仍然是項目發(fā)展的“攔路虎”。在疫情和原油價格下跌的雙重打擊下，“國家隊”未必能找到有效的解決方案。