與眾不同的海上火箭發射平臺

徐臻豪

2019年6月5日，中國在黃海海域進行了首次海上火箭發射，此次“長征十一號”運載火箭成功的從海上平臺發射，將7顆衛星送入軌道。這不僅填補了我國運載火箭海上發射空白，還標志了中國的航天技術又上了一個新的臺階，為中國的航天活動提供了一種快速進入太空的全新發射方式。海上發射技術可以彌補高緯度國家，由于地理位置和氣候環境的影響，缺少理想的航天發射中心的短板，因此，廉價而適用的海上發射平臺是航天大國家的需求，俄羅斯、美國、挪威、烏克蘭、日本等國都在加緊研發。

在國際航天界，海上發射并不算是一個全新的航天發射方式，20世紀60年代，意大利就在印度洋中建立了世界上第一個移動式民用赤道航天發射設施——“圣馬科”發射平臺，美俄兩國也曾進行過多次海上平臺發射試驗。

“奧德賽”移動式海上航天發射平臺

海上發射平臺可以分為固定式海上發射平臺和移動式海上發射平臺，意大利“圣馬科”發射場就屬于固定式海上發射平臺，在20世紀90年代之前曾多次發射過衛星。不過，相比固定式海上發射平臺，移動式海上發射平臺更加具有優勢，它的移動能力使發射方能夠選擇最有利的發射地點。因此，20世紀90年代，由美國、烏克蘭、俄羅斯和挪威等國組建的海上發射公司所采用的就是“奧德賽”移動式海上發射平臺，可在赤道附近海域進行發射，能最大限度地發揮運載火箭的能力，具有較強的發射適應性和商業價值。

“長征十一號”進行海上發生試驗

陸地發射火箭的優劣

作為航天大國，中國已經有了四個陸上航天發射基地，其中包括：四川西昌航天發射場、甘肅酒泉航天發射場、山西太原航天發射場、海南文昌航天發射場，除了海南文昌航天發射場位于沿海地區，其它都在中北部內陸地區。運載火箭最終是要讓所運送的衛星或宇宙飛船進入預定的軌道或讓宇宙探測器脫離地球引力，所以，火箭需要達到第一、第二或者第三宇宙速度。在高緯度的陸上基地發射火箭時，火箭需要消耗更多的能量，因為，地球繞地軸自轉，緯度是從赤道到南北極點逐步提高，地球自轉的角速度相同，高緯度自轉的線速度就比低緯度低。火箭發射時會采用順著地球自轉的方向發射，就是為了利用地球自轉的初速度節省燃料，而在高緯度地區發射所獲得的初速度要低于低緯度，因此，在高緯度發射火箭比在低緯度發射需要更多的燃料。

火箭的最大起飛重量是限定的，如果攜帶的燃料多了，就需要降低有效載荷，這影響了火箭發射的經濟性，此外，衛星在入軌過程中由于需要變軌也損耗了額外的能量，因此會影響衛星的使用壽命。但是，如果將發射場設立在低緯度的赤道附近，不僅能夠自由的選擇火箭發射緯度，節省了衛星變軌所消耗的額外燃料，還能最大程度地利用地球自轉速度，使火箭獲得較大的初速度，俄羅斯的“天頂3號”SL火箭在赤道附近發射時，能夠將高達6噸多重的載荷送入同步轉移軌道。

地球不同緯度上的線速度

除了技術原因，每次進行陸上航天發射之前，有關部門還必須對火箭艙段可能的落區內的百姓進行疏散，以確保火箭艙段在落回地面時不會出現人員傷亡。這既影響了正常的社會經濟活動和普通百姓的正常生活，又增加了火箭發射的經濟投入和協調工作的難度。即便如此，一旦火箭發射出現失誤，脫離的火箭艙段還是有可能會落在預定落區以外，所以，航天大國都將主要的航天發射場設在偏僻的地區。盡管這樣能夠在一定程度上減少航天活動對社會經濟生活的影響，不過，由于發射場到火箭和衛星相關生產單位路途太遠，會受到沿途運輸的條件限制，“長征二號”系列組件的最大直徑就被限制在3.35米以內，這就對重型火箭發射帶來了困難。此外，衛星和火箭部件的完好率也會受到長途運輸的影響，這對于商業衛星發射明顯是一種弱點。

海上發射平臺的火箭準備起豎

為什么從陸地轉移到海洋

目前，中國正在積極的參與商業衛星發射，為了適應競爭激烈的國際衛星發射市場，于2009年，開始建設海南文昌航天發射場，主要承擔地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、大噸位空間站和深空探測衛星等航天器的發射任務。相比其它三個航天發射場，文昌航天發射場已經非常靠近赤道，緯度低，發射效率高，而且火箭可以通過海上運輸，這就為發射重型火箭提供了條件，中國新一代大型運輸火箭“長征五號”就是在文昌發射場完成了首次發射。

正在組裝的“長征十一號”固體運載火箭

但是，文昌發射場的緯度還是在19度，不能滿足0～19度傾角衛星發射需求的問題，而有一些衛星發射任務，發射傾角最好能夠到5度甚至更小，即使是在文昌發射場發射，它對運載能力的要求也比較大，也就是用“大車扛小炮”，在發射成本上很不劃算。所以，在靠近赤道的海域通過海上發射滿足一定的衛星發射需求就成了必然的選擇。

與傳統的陸地發射相比，海上發射運載火箭具有明顯的優勢，首先就是在運載火箭飛行過程中由于需要進行多次艙段分離，這就帶來了落區問題。隨著經濟的發展，再偏遠的發射場也沒有辦法完全避開人群，為了避開，就會犧牲不少火箭運載能力。而在一望無際的海洋上發射運載火箭，就可以基本解決人口稠密地區對航天活動的影響。此外，海上發射火箭，可以充分利用赤道上地球自轉的附加速度，從而節省運載火箭的燃料，而且對地靜止軌道衛星可直接入軌，不用消耗衛星所攜帶的燃料進行變軌，還可以增加發射衛星的靈活度，根據衛星運行軌道選擇最適宜的發射海域，從而降低衛星發射成本。

海上發射并不簡單

相比陸上發射，海上發射火箭有很多優勢，特別是發射地球同步軌道衛星，發射場緯度越低，火箭所耗燃料越少，此外，利用海上發射平臺能夠以更低的成本將載荷送上傾角較低的中高軌道，對沒有赤道附近發射場的國家，海上平臺發射具有極強的吸引力。

不過，海上發射火箭并不是簡單的事情，需要一個相對風平浪靜的海況，傳統運載火箭都是液體火箭，在火箭測試、起豎和加注燃料等發射準備工作的每一步都需要一個平穩的環境，而且整個準備過程要持續數天之久，所以海上發射對地面保障的技術水平要求極高。相比之下，如果采用固體火箭，其系統集成度高，燃料已經事先裝填，發射之前不需要繁瑣的準備工作，只需在發射之前起豎就可以了。

海上發射為了確保發射安全，對海上發射平臺振動也有不同要求。比如，俄羅斯在執行海上發射任務時，為了使“奧德賽”平臺達到平衡并且滿足海上發射時的振動要求，需要加注15000噸海水，使整個平臺的排水量從3.1萬噸增到了4.6萬噸。即使是采用固體火箭，對海上發射平臺的要求有所降低，也需要在萬噸級大型半潛式駁船基礎上進行改裝，對普通國家來說，這是難以完成的工作。

采用固體火箭進行海上發射時，也存在載荷能力較低的問題，因為一般來說固體火箭燃料的比沖比液體燃料低，從商業角度考慮還是使用液體火箭劃算，但液體火箭在保障上和準備時間上的劣勢在海上發射平臺上只會更加放大。總之，在海上發射平臺上發射火箭，也是需要強大的技術實力的。

曾經潛射衛星的俄羅斯核潛艇“新莫斯科夫斯克”號，水下排水量超過18000噸

不可小覷的戰略價值

海上發射技術還具有很大的軍事價值，尤其在戰時，在陸上發射場遭到毀滅性打擊后，能夠保障各類作戰衛星的補射。因為在半潛式駁船基礎上改裝的海上發射平臺是可以機動的，可以事先在駁船的貨艙中儲備運載火箭以及相關的技術設備，駁船還可以隱蔽在洞庫中避免遭到打擊。

固體火箭發動機，其燃料無需發射前加注，節省時間，而液體燃料毒性大，加注需要時間并容易發生危險

戰場形勢瞬息萬變，尤其是在陌生地區作戰時，往往需要緊急部署衛星系統，比如在阿宮汗戰爭時期，蘇聯就曾在應前線作戰部隊要求，在戰區上空部署了一套通訊衛星系統，用于各部隊尤其是航空兵部隊的通訊需要。所以，利用固體火箭，一天內就能在太空建立一個小型衛星系統，保障部隊作戰。

特別是有了海上發射能力之后，戰時就可以在任何海域發射衛星，加大了敵方摧毀發射平臺的難度。為了增強海上發射平臺的生存能力，俄羅斯已經實驗在戰略核潛艇上使用潛射火箭發射衛星。早在1998年7月，俄羅斯“德爾塔”IV級戰略核潛艇“新莫斯科夫斯克”號就曾發射過一枚“無風-1”型運載火箭，成功將德國研制的兩枚通信衛星送入軌道，這是人類航天史上首次從核潛艇上進行的水下衛星發射。

現在，海上發射已經得到了各航天大國的重視，就連一度放棄海上發射的美國也在2019年3月14日在夏威夷東南約2300千米的赤道洋面進行自己的首次海上發射。