海上發(fā)射那些事

文/ 小火箭

海上發(fā)射那些事

文/ 小火箭

▲ 天頂號運載火箭在海洋奧德賽號海上發(fā)射平臺上發(fā)射的場景

海上發(fā)射運載火箭的優(yōu)勢

基于海上發(fā)射平臺的運載火箭發(fā)射相對于傳統(tǒng)的陸上發(fā)射有以下5個優(yōu)勢：

第一，利用海上平臺將運載火箭運到赤道附近發(fā)射能夠最大限度地利用地球自轉的力量增加火箭的運載能力。要知道，地球在赤道上擁有最大的自轉線速度，可以高達465.1米/秒。

火箭從赤道附近發(fā)射，一路向東，可以最大限度地利用地球的自轉。這樣，可以讓體型較小的運載火箭完成同樣的運載任務。

第二，在發(fā)射軌道傾角為0°的同步軌道衛(wèi)星時，在赤道附近海域發(fā)射可以避免衛(wèi)星向0°傾角的地球同步軌道轉移的軌道平面變化。火箭的運載能力和衛(wèi)星的在軌壽命能夠得到顯著提升。僅從軌道傾角方面考慮，同樣的火箭，如果從赤道海域發(fā)射，可以比從北緯28.5°的卡納維拉爾角基地發(fā)射的載荷增加18%左右。

第三，海上發(fā)射能夠遠離人口稠密地區(qū)，有助于減少火箭發(fā)射對人的不利影響，降低火箭出現(xiàn)故障后的附加危害風險。這樣有助于降低投保費用。

第四，海上發(fā)射，尤其是在廣袤的公海上的發(fā)射，與民航飛機的航線和其他船舶航線的沖突較少，對于清除空域的要求較低，甚至可以通過海上機動來自主選擇與世無爭的發(fā)射位置。

第五，在海上發(fā)射，運載火箭的一級和二級落區(qū)可全部在公海上，不必為躲避居民區(qū)而限制火箭的發(fā)射方位角，因此可以實現(xiàn)任意軌道傾角的發(fā)射，這個優(yōu)勢是陸地發(fā)射難以企及的。一艘海上發(fā)射平臺的可用發(fā)射方位角相當于美國卡納維拉爾角發(fā)射基地與范登堡空軍基地兩個發(fā)射場的總和。

本文以迄今為止世界上唯一能夠提供此類服務的海上發(fā)射公司為例，講述海上發(fā)射系統(tǒng)的平臺和火箭。

跨國組成的海射公司

1995年4月，美國波音公司商業(yè)空間分公司、俄羅斯能源火箭公司、烏克蘭南方設計局，以及挪威克瓦納集團這四個大集團聯(lián)手，組建了海上發(fā)射公司。

▲ 天頂號運載火箭發(fā)射升空

這四個集團每一個都不簡單。波音就不用提了，最大的航空航天飛行器制造商，全球第二大軍火集團。俄羅斯能源火箭公司，是聯(lián)盟系列運載火箭、N-1運載火箭、禮炮號空間站的締造者。烏克蘭南方設計局，1954年由蘇聯(lián)一家汽車廠改造而成，在導彈設計大師楊格爾的帶領下，研制出了蘇聯(lián)第一款量產型核導彈R-12。該導彈共生產了2335枚之多，從1959年一直服役到1993年！而且這個 R-12彈道導彈是古巴導彈危機的主角。楊格爾去世后，另一位導彈設計大師烏特金接替他執(zhí)掌南方設計局。不久，當年世界上威力最大的洲際彈道導彈“撒旦”誕生。該導彈可攜帶10枚75萬噸TNT當量的分導式核彈頭或者1枚2500萬噸TNT當量的熱核彈頭。冷戰(zhàn)結束，撒旦導彈失去了戰(zhàn)場。另外，美俄削減戰(zhàn)略武器條約開始生效，撒旦導彈被要求全部退出現(xiàn)役。本著不暴殄天物的原則，南方設計局將撒旦導彈改造為運載火箭（世界上僅有的從戰(zhàn)略核導彈地下發(fā)射井中發(fā)射的運載火箭），名為第聶伯。

從此，南方設計局拿著這款世界上最大的洲際彈道導彈開始進軍國際商業(yè)發(fā)射市場。

挪威克瓦納集團是歐洲最大的海上鉆井平臺和船舶制造公司。

1995年，來自美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威的四大集團共同出資，共同出技術，在開曼群島注冊成立了世界上第一家能夠持續(xù)提供海上發(fā)射業(yè)務的公司。

美國波音公司出資40%，提供系統(tǒng)整合與總體優(yōu)化和衛(wèi)星平臺技術；俄羅斯能源火箭公司出資25%，提供天頂運載火箭第三級的技術；烏克蘭南方設計局出資15%，提供天頂運載火箭第一級和第二級的技術；挪威克瓦納集團出資20%，提供發(fā)射平臺和指揮控制船舶的技術。

1999年3月，海上發(fā)射公司成功發(fā)射了第一枚運載火箭。2000年波音收購了休斯公司的空間與通訊業(yè)務。這下子，海上發(fā)射公司厲害了。休斯公司引以為傲的航空航天實驗室被波音、通用汽車和雷神這三巨頭所瓜分。這家由傳奇的飛機設計大師、億萬富翁霍華德·休斯一手創(chuàng)建的充滿航空航天情懷的公司就這樣沒了。留給世人的，是休斯發(fā)明的襯墊胸罩、帶鋼圈上托聚攏型胸罩、創(chuàng)造世界紀錄的H-4云杉鵝水上飛機、世界上最早的地球同步軌道衛(wèi)星、AIM-4空空導彈、AIM-120空空導彈和阿帕奇武裝直升機。此外，世界上第一臺實用激光器、早期的離子發(fā)動機也出自休斯公司。

在上世紀80年代之前，世界上80%的通信衛(wèi)星都是休斯公司生產的。即使是到2000年休斯公司不復存在之時，休斯公司研制的通信衛(wèi)星在地球軌道上也依然占據(jù)了40%的份額。

▲ 圣誕島上的機場。綜合考慮補給、保障和測控等多種因素，地球上的某些海域便成為了海上發(fā)射的更為理想的場所。圣誕島附近的海域就是這么一個地方

海上發(fā)射的水域

優(yōu)選發(fā)射海域也是海上發(fā)射公司得以長期盈利的關鍵。理論上，凡是靠近赤道的海域都可以作為從軌道動力學角度來看較為理想的地球同步軌道衛(wèi)星的發(fā)射位置。但是，綜合考慮補給、保障和測控等多種因素，地球上的某些海域便成為了海上發(fā)射的更為理想的場所。

圣誕島是澳大利亞位于印度洋東北部的海外領地，為火山島，面積135平方公里。北距印尼首都雅加達約500公里，東南距澳大利亞西岸首府珀斯市約2600公里，東距另一澳大利亞海外領地科科斯（基林）群島975公里。

這座小島上面的常住人口只有2072人，而且有相當大的比例（85%）是華人。圣誕島靠近赤道南部，屬熱帶海洋性氣候，平均氣溫21℃～32℃，濕度高達80～90%。每年11月～次年4月偶發(fā)熱帶氣旋暴風雨，使島周圍出現(xiàn)較大風浪，但絕大多數(shù)情況下，其周邊海域都很平靜。

海上發(fā)射公司在美國加利福尼亞州的長灘組裝好火箭的部件，而主要的裝配則在裝配指揮船上完成，以便邊航行邊組裝，有效節(jié)省時間，提高發(fā)射密度。

火箭的有效載荷首先由早些年在“波音”工作過的工程師進行測試，然后俄羅斯和烏克蘭的工程師負責對天頂號運載火箭進行燃料加注。之后，火箭就被轉移到海洋奧德賽號自航發(fā)射平臺的橫向架上進行測試并等待發(fā)射了。

通常來說，海洋奧德賽號發(fā)射平臺和海洋指揮者號指揮艦需長途航行4828公里。海洋指揮者號航速較快，用8天時間到達。在勘測周邊海域的情況后，等待海洋奧德賽號發(fā)射平臺。3天后，海洋奧德賽號發(fā)射平臺前來會合（共航行11天），最后定位在離基里巴斯圣誕島370公里的赤道附近國際水域（北緯0°N 西經(jīng)154°W）。

在海洋奧德賽號海上發(fā)射平臺吃水到達22米后，發(fā)射架打開，火箭起豎，發(fā)射平臺船員撤離到指揮艦上，并駛離到5公里以外。確保發(fā)射平臺上無人后，火箭就可以發(fā)射了。

▲ 夜幕下的挪威克瓦納集團船舶制造廠

值得期待的海射未來

海上發(fā)射公司，由四個在航空航天航海領域很牛的集團組建而成。但是，在2009年6月22日，該公司還是宣布破產了。

原因很多，2006年，海上發(fā)射公司的總經(jīng)理吉姆被太空探索技術公司挖走了，成為了該公司的首席運營官。另外，就是美國官方對海上發(fā)射公司的干擾了。

1998年，波音公司被美國政府判罰1000萬美元，罪名是向非美國的盟友轉移洲際彈道導彈技術。（波音不是有強大的游說團隊么？的確有，否則罰款會高達1.02億美元的。）美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威的組合讓美國技術限制部門頭大了。他們多次強制調查海上發(fā)射公司，每次調查都會讓公司停擺2個月。

美國海關也對海上發(fā)射公司的破產起到了推波助瀾的作用。天頂號運載火箭委屈地被美國海關認定為洲際彈道導彈。因此，美國海關強烈地試圖阻止攜帶該火箭零部件的海洋指揮者號停靠加利福尼亞港口。

另外，太平洋相關海域的國家聯(lián)名到聯(lián)合國參了海上發(fā)射公司一本。雖然天頂號運載火箭使用的是環(huán)境友好的液氧煤油燃料，而非偏二甲肼/四氧化二氮有毒燃料，但是，該公司的大股東之一是曾經(jīng)研制出世界上威力最大的撒旦核導彈的南方設計局這個事實還是讓太平洋海域的國家心有忌憚。

2010年，海上發(fā)射公司得到了重組。 重組后，俄羅斯能源火箭公司占公司95%的股份，美國波音公司占3%，挪威克瓦納公司占2%。從此，之前的四大集團變?yōu)槿蠹瘓F（少了烏克蘭南方設計局），美國和挪威也大幅縮減了投資。

最后，中國發(fā)聲了！中國航天科技集團有限公司已表明，我國在開展海上發(fā)射試驗后，計劃從2018年開始推出面向商業(yè)市場的海上發(fā)射服務。

咱們的海上發(fā)射公司的組成比之前的那個四大集團要簡潔多了。無論是運載火箭還是衛(wèi)星平臺的技術，都是咱們自己的，因此也就避免了國與國之間技術轉讓方面的紛爭。而隨著小傾角和近赤道衛(wèi)星發(fā)射需求的增加，海上發(fā)射的優(yōu)勢將會愈發(fā)明顯。中國將挑戰(zhàn)美俄烏挪四國聯(lián)手打造的海上發(fā)射傳奇！★

在不久前舉行的第二屆中國航天高峰論壇上，中國航天科技集團有限公司一位負責人表示，長征火箭海上發(fā)射關鍵技術試驗將很快進行，預計2018年就可以面向國際商業(yè)用戶提供海上發(fā)射服務。這就意味著，蔚藍的海洋很快將成為中國運載火箭新的起飛點，長征火箭將從那里直上九天，奔向深邃的太空。

世界海上發(fā)射雖然沉寂了一段時間，但是從其發(fā)展思路和應用前景來看，應該依然具有相當不錯的未來。

陳彩連