海上發(fā)射平臺未來前景

中國船舶工業(yè)綜合技術經濟研究院 白雪梅 洪鴻雁

2019年6月5日，我國在黃海海域用長征十一號運載火箭成功完成“一箭七星”海上發(fā)射技術試驗，標志著我國成為世界上第三個掌握海射技術的國家。中國的這次海射試驗引起了掌握該項技術的先驅——俄羅斯的關注，俄羅斯航天政策研究所所長向俄羅斯衛(wèi)星通訊社表示，中國史上首次運載火箭海上發(fā)射是世界級的成功，證明了中國在研究和利用太空領域能力的提升。

國外海上發(fā)射平臺發(fā)展現狀

采用海上平臺發(fā)射相比傳統(tǒng)的陸基發(fā)射臺，主要具有兩大明顯優(yōu)勢：一是海上發(fā)射可以靈活選擇發(fā)射點，有效解決落區(qū)安全性問題；二是降低火箭發(fā)射和衛(wèi)星運營成本。國外海上火箭發(fā)射構想已久，發(fā)展至今已經有五十余年的歷史，大體經歷了三個發(fā)展階段。

1、第一階段（1965年-1994年）美歐主導前期研究

1964年-1988年，意大利羅馬大學和美國NASA從位于肯尼亞海岸的“圣馬科”固定平臺上發(fā)射過多枚航天器。意大利國家空間項目構想開始于20世紀60年代，1962年決定在非領海建造發(fā)射平臺，并命名為“神圣的象征”（Saint Mark)，意大利首個空間項目圣馬科（San Marco）也由此得名。圣馬科發(fā)射場位于非洲東部肯尼亞東海岸的恩格瓦納海灣，于1966年投入使用，最初用于美國研制的“偵察兵”運載火箭，主要發(fā)射“探險者”號軌道探測器、空間電火箭試驗衛(wèi)星以及軍用秘密衛(wèi)星，同時也為歐洲國家發(fā)射一些科學探測和試驗方面的衛(wèi)星。圣馬科發(fā)射平臺包括兩個不同類型的平臺，一個做火箭發(fā)射臺，另一個是控制發(fā)射的指揮所。圣馬科發(fā)射場的成功驗證了運載火箭海上發(fā)射的可行性，突出了海射火箭高效率、低成本等優(yōu)勢，同時為海上發(fā)射公司的成立提供了參考信息。

2、第二階段（1995年-2009年）美歐俄主導商業(yè)化運營

1995年，美國波音公司、挪威阿克公司（Aker Solutions）、烏克蘭南方設計局（KB Yuzhnoye/PO Yuzhmash）和俄羅斯Energia火箭公司四國四家公司共同出資組建了海上發(fā)射公司(Sea Launch venture)，該公司也是目前世界上唯一提供海上發(fā)射服務的國際化公司。1999年3月，海上發(fā)射公司在其海上發(fā)射平臺“奧德賽”號上成功發(fā)射了第一枚運載火箭。該平臺是由日本住友重機械工業(yè)株式會社在1983年建成的海上移動石油勘探和鉆井平臺改造而成。該平臺120米長，69米寬，擁有1.245萬馬力動力，空載排水量為30000噸，水下排水量為50600噸。

此后海上發(fā)射公司陸續(xù)執(zhí)行商業(yè)發(fā)射任務，但是成功率不高，商業(yè)運行也不順暢。由于受債務問題、發(fā)射失利等諸多問題困擾，2009年6月22日，海上發(fā)射公司宣告破產。

圖1. “圣馬科”海上發(fā)射平臺

表 海上發(fā)射公司構成情況

3、第三階段（2010年至今）曲折發(fā)展

2010年，海上發(fā)射公司重組，重組后俄羅斯能源火箭公司占95%的股份，美國波音公司占3%，挪威公司占2%。重組后，海上發(fā)射公司繼續(xù)進行商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射活動。然而2013年搭載荷蘭“國際通信衛(wèi)星-27”的“天頂-3SL”運載火箭從太平洋海域發(fā)射升空，由于一級火箭發(fā)動機關閉導致火箭墜入發(fā)射平臺附近海域，給海射公司業(yè)務發(fā)展帶來打擊。自首飛開始至2014年，海射公司共執(zhí)行36次發(fā)射任務，其中32次成功，1次部分成功，3次失敗，成功率為88.89%。

由于俄羅斯與烏克蘭的緊張關系以及其他原因，海上發(fā)射公司業(yè)務于2014年暫停，并于2016年進行項目銷售談判。2016年9月，俄羅斯S7集團成為海上發(fā)射公司的所有者，包括海上發(fā)射指揮船、“奧德賽”號發(fā)射平臺、地面設備以及海上發(fā)射公司包括商標在內的知識產權。從俄羅斯航天局網站發(fā)布的最新消息獲悉，S7集團已明確表示將重啟海上發(fā)射業(yè)務時間表，計劃于2019年底恢復，該公司已開始重新激活海上發(fā)射設施，打算于2019年12月至2022年間用海上浮動發(fā)射平臺進行12次發(fā)射。第一次發(fā)射定于2019年12月舉行，2020年計劃舉行3次發(fā)射，2021年與2022年各安排4次發(fā)射。S7集團海上發(fā)射系統(tǒng)包括：

圖2 “奧德賽”海上發(fā)射平臺及總裝與指揮控制船

圖3 我國首次在黃海海域成功實施運載火箭發(fā)射技術的海射平臺

發(fā)射平臺：長132米，寬67米，原為北海油田的一座石油鉆井平臺，遭火災破壞，經挪威夸納海事集團負責修復并改建成發(fā)射平臺，定名為“海洋奧德賽”，重達3.1萬噸。平臺配有兩套動力裝置使它具有自主航行的能力，航速可達12節(jié)左右。海上發(fā)射場平臺上新建的空調廠房可容納多枚火箭，并可為20名工作人員提供全套生活保障設施。平臺為半潛式，下方有兩排浮筒，當準備發(fā)射之前，浮筒會灌入大量海水，從而下潛到發(fā)射壓載深度，排水量也會提高到4.6萬噸，通過這種方式增加發(fā)射時的穩(wěn)定性。

總裝指揮船（ACS）：長201米，排水量為3.4萬噸，可容納240名船員。甲板下有一長度67米的巨大車間用于存放和組裝工作，能并排存放3枚完成總裝的火箭，而且每枚火箭周圍都有足夠的工作空間。由挪威夸納海事集團提供，用以進行火箭的總裝，并實施發(fā)射指揮。

運載火箭：運載火箭為“天頂”(Zenit)號運載火箭，海射型運載火箭海上發(fā)射使用的運載火箭為“天頂”-3SL型。“天頂”系列運載火箭是一種全液體運載火箭，是蘇聯(lián)/俄羅斯運載火箭家族中一種較新的型號，1985年首次用于衛(wèi)星發(fā)射。“天頂”-3SL為海上發(fā)射型，長近60米，直徑3.9米。為了滿足海上發(fā)射的性能要求和提高可靠性，海射公司對火箭的一級結構進行了加強，更換了二子級和上面級的制導計算機，增加了二子級和上面級的液氧貯量，它由烏克蘭的南方聯(lián)合體制造，但第三級和整流罩分別由能源中心和波音公司制造。該火箭能把重達6噸左右的負載送入地球同步轉移軌道。“天頂”型火箭具有水平組裝、自動起豎和自動加注的特點，適用于海上發(fā)射。

我國海上發(fā)射平臺發(fā)展現狀

2019年6月5日，我國在黃海海域用長征十一號海射運載火箭將技術試驗衛(wèi)星捕風一號A、B星及五顆商業(yè)衛(wèi)星順利送入預定軌道，試驗取得圓滿成功。這是我國首次在海上實施運載火箭發(fā)射技術試驗，有利于更好地滿足不同傾角衛(wèi)星發(fā)射需求，促進我國商業(yè)航天發(fā)展。本次試驗中長征十一號海射型固體運載火箭是以民用船舶為發(fā)射平臺，是由一艘大型半潛式駁船改裝而成，其甲板面積巨大，長110米，寬80米，可裝載火箭、各種保障車輛以及各類相關設備。除發(fā)射平臺外，本次發(fā)射還配備了“遠望21”和“遠望22”兩艘火箭運輸船，專門負責火箭的運輸任務。隨著造船技術的發(fā)展，目前中國的大型船舶企業(yè)具有足夠的技術儲備開展海上移動發(fā)射平臺研制和各種高科技船舶的制造。

我國目前有4個陸基發(fā)射場，分別位于我國不同地域。我國陸基發(fā)射場因其位置、設計用途及功能不同，承擔不同的發(fā)射任務，且發(fā)射任務飽滿，長期以來，國家要求用途發(fā)射占據其全年的主要任務。商業(yè)用途發(fā)射任務難以排入陸基發(fā)射場的發(fā)射計劃，伴隨著民營火箭發(fā)射對發(fā)射場的需求進入了快速增長期，也會為近岸、離岸海上發(fā)射場或移動式海上發(fā)射平臺建設提供市場需求支撐。

對我國發(fā)展海上發(fā)射裝備的建議

當前的國際政治經濟形勢存在諸多不確定性，由高科技核心技術驅動的實體經濟是國家綜合國力的壓艙石。目前，我國海上發(fā)射工程進展迅速，其它國家也在競相研發(fā)，建議船舶相關部門與航天等部門開展相關海射合作，在國家政策和規(guī)劃的指引下，緊抓機遇，發(fā)揮我國世界造船大國船舶建造的優(yōu)勢，搶占這一海上發(fā)射市場。

本次海上發(fā)射實驗的成功，首次實現了“航天+海工”技術融合。建議通過船舶改裝或研發(fā)先進的適于海上發(fā)射的平臺，對研發(fā)高質量特殊用途的海工產品起到提質增效的作用。

“遠望”號火箭運輸船隊自2016年8月開始執(zhí)行長征五號首飛火箭的吊裝和海上運輸任務已有2年多，火箭運輸船船上設備種類多、艙室空間小，特別是機艙空間狹小給設備和系統(tǒng)布置為今后的適用性帶來很大的挑戰(zhàn)。由于該船裝載的貨物為高尖端科技產品，對船舶的振動、過載、溫度、濕度、鹽度和裝卸時的搖擺都提出了很高的要求。因此，考慮到未來的市場前景，加大相關船型升級換代的科研資金投入，加緊研發(fā)核心技術，為國家今后的海上發(fā)射任務或承擔其它任務建造出更高質量的船舶。