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海上发射运载火箭优势多
 

  全国政协委员、中国运载火箭技术研究院院长李洪3月2日说,我国将于今年首次从海上发射运载火箭。

  众所周知,运载火箭通常是在陆地上发射的。我国的酒泉发射场、太原发射场、西昌发射场和文昌发射场都是建在陆地上,国外的拜科努尔、东方、卡纳维拉尔角和库鲁等著名发射场也是陆地发射场。那么,如何从海上发射运载火箭?它又有什么优点呢?

  研究和实践表明,在海上发射火箭有许多优点,其中最主要的优点是可以节省运载火箭的燃料,增加运载火箭的有效载荷。这是因为,在地球上越靠近地球赤道的地方,地球自转产生的线速度越大,所以航天发射场越靠近地球赤道,就越能充分利用地球自转力来增加运载能力,且入轨角度也比较好,从而能延长卫星运行寿命,降低发射和运营卫星的成本。

  举个例子,俄罗斯著名的质子号大型运载火箭如果在临近赤道附近的库鲁发射场发射,比它从拜科努尔发射场发射可提高20%的地球同步转移轨道运载能力。这主要是由于地球静止轨道恰好处于地球赤道平面以上35800千米的地方。因此从赤道附近实施发射,卫星可直接进入地球静止轨道,无需耗用燃料进行变轨。同时运载火箭还可以最大限度地借助地球自转所带来的额外推力。这一减(火箭燃料)一加(地球自转推力)可使火箭的有效载荷增加许多。

  现在各航天大国都将自己主要的卫星发射场建在尽可能靠南的地方。像美国的卡纳维拉尔角发射场位于北纬28°;我国的西昌发射场也位于北纬28°,而新建的文昌发射场位于北纬19°;最理想的陆上发射场是欧洲航天局法属圭亚那的库鲁发射场,它恰好位于赤道附近,只有北纬5°。

  从海上发射还可以根据卫星轨道的要求选择最适宜的发射位置。通常的做法是,发射地球静止轨道卫星时,选择夏威夷以南、基里巴斯群岛附近的赤道海域,发射中低轨道及极地轨道卫星时,则可选择檀香山以北的太平洋海域。

  另外,因为在海上发射火箭可远离人口稠密区,当火箭发射后其助推器及第1、2级的残骸可直接落入海中,所以能大大提高火箭残骸坠落的安全性,即使在升空时发生故障或爆炸,也不会殃及平民或地面设施。

  在海上发射火箭还具有射向范围宽的优势。这是由于海上发射平台四周都是大海,火箭发射的覆盖和射向范围基本不受限制,可以满足地球静止轨道卫星、大质量极轨卫星、空间站和深空探测器等各类航天器的发射任务。

  海运优势也是在海上发射火箭的一大长处。目前,运载器和航天器的发展趋势是体积、直径和重量等越来越大,用公路、铁路运输都难以满足要求,而在海上发射则可以通过轮船运输来解决这些问题。

  当然,在海上发射火箭也存在着一些不利因素,如容易受到海盐空气的侵蚀,且海上多雨和台风,天气情况复杂。

  正是因为海上发射运载火箭有这么多优点,所以在20世纪90年代,在海上建造发射场的奇思妙想就应运而生了,即把海上石油钻井平台或巨轮改造成海上发射平台,然后把海上发射平台和火箭移动至赤道附近,接着在海上发射平台起竖运载火箭,最终完成海上发射任务。

  1995年,一家由美国波音公司、俄罗斯能源航天运载火箭集团、乌克兰南方设计局/南方机械制造科研生产联合体和挪威夸纳海事集团共同投资的国际海上发射服务公司成立了。其股权分配为:波音公司40%,能源航天集团25%,南方设计局15%,夸纳海事集团20%。

  1999年3月28日,世界第一枚海射火箭“天顶3号”在浩瀚的太平洋上划破静寂的海空,冲上了九重天,在把一颗试验卫星成功地送入预定轨道以后,实现了人类多年来在海上发射运载火箭的梦想。

  “天顶3号”海射火箭是一种全液体3级运载火箭,各级发动机均采用液氧和煤油作为推进剂,地球静止转移轨道运载能力6吨左右,是当时世界上除欧洲“阿里安5号”和俄罗斯“质子-M”运载火箭之外的第3大商用运载火箭,推销价格为9000万美元,与“质子-M”相当,大大低于“阿里安5号”火箭1.5亿美元的销售价格。1995-2014年5月,“天顶3号”海射火箭共完成了36次发射,33次成功。

  “天顶3号”各级研制好以后运至停泊在美国加州长滩的指挥船上完成装配,然后测试有效载荷并封装,接着是把它们转移到海上发射平台上,与指挥船一起长途航行到离基里巴斯圣诞岛约370千米的国际水域赤道附近,即北纬0°,西经154°的海域,这里气候条件良好,风浪也不大,几乎可以全年发射。

  名为“海上奥德赛”的海上发射平台是一种由4螺旋桨式推进系统自推进的、半潜双船式海上移动发射平台。它原为北海油田的一座石油钻井平台,遭受过火灾破坏,经夸纳海事公司负责修复后改建成海上发射平台。其上面配备有发射台、起竖架、推进剂加注系统和其他的辅助设备等。

  海上发射平台甲板长78米,宽66.8米,可同时容纳68名工作人员在上面工作生活。待发射前的所有准备工作全部完成后,工作人员必须通过与总装指挥船相连的平桥或是直升机从发射平台撤回到总装指挥船,并由坚守在总装指挥船发射控制中心内的工作人员控制火箭发射。

  前些年,由于美国海关阻止携带“天顶3号”海射火箭部件的指挥船停靠加利福尼亚港口,认定它可用于洲际弹道导弹等等原因,国际海上发射公司于2009年宣布破产。不过,2010年,国际海上发射公司又进行了重组。重组后,能源航天集团占95%的股份,波音公司占3%,夸纳海事集团占2%。2016年9月,俄罗斯S7集团收购了海上发射指挥船、海上发射平台等。

  由于受国际关系和该公司重组等因素的影响,自2014年后国际海上发射公司没有发射过“天顶3号”海射火箭。不过俄罗斯S7集团最近表示,该公司打算于2019年12月至2022年间用这个海上发射平台进行12次发射。

  其实,说起海射火箭还有一种,即俄罗斯从水下发射的波浪号潜射运载火箭。该运载火箭是由潜射导弹改装而成的,已发射过几枚,均告成功,但它只能将小型有效载荷发射到近地轨道,所以近年没有见其身影。

  据中国航天科技集团公司官微发布消息,我国在开展海上发射试验后,将于今年开始推出面向商业市场的海上发射服务。

  与国际海射发射公司不同,我国海上发射所用的运载火箭和发射平台都是我国自己研制的,所以不存在国与国之间技术转让方面的问题。

  我国拟用长征11号小型固体运载火箭执行我国首次海上发射任务,以满足北纬5°甚至更小倾角轨道卫星的发射需要,进一步提高该火箭的任务适应性,从而填补我国火箭进入空间能力的空白,提供更丰富的商业发射服务,抢占世界商业航天市场。近几年来,近赤道、低轨道倾角卫星的发射需求日趋旺盛,我国海射火箭能满足这些需求,具有较强的安全性和灵活性。

  不过我国火箭专家指出,在海上发射也对海射火箭的性能提出了更高的要求:大洋之中补给能力有限,火箭的测试发射工作越简捷越好;在海上发射时,还要面对海面的晃动和高温热流的引导等问题,这就需要运载火箭采用合适的控制与发射方式。

  长征11号是我国新研制的一种4级固体小型运载火箭,目前它可把350千克有效载荷送入700千米高度太阳同步轨道,低轨运载能力为700千克,经过适当改进,今后还能进一步提高运载能力。长征11号具有“快速、灵活、可靠、便捷、低廉”一系列优势,实现了我国运载火箭24小时快速发射的跨越,主要用于满足自然灾害、突发事件等应急情况下微小卫星发射需求。这些特点也能满足海上发射的要求,并向市场提供安全、灵活等更完善到位的商业航天发射服务,在国际商业发射市场中具有重要意义。

  此外,进行海上发射还要有稳定的海上发射平台。近年来我国已打造出世界最大、钻井深度最深的海上“蓝鲸1号”钻井平台和世界先进水平的集装箱船“郑和号”等一大批先进海上平台装备,这就为建造性能优异的海上发射平台奠定了坚实基础。据悉,即将亮相的中国火箭海上发射平台是由万吨级巨型货轮改造而成的。

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