与众不同的海上火箭发射平台

徐臻豪

2019年6月5日，中国在黄海海域进行了首次海上火箭发射，此次“长征十一号”运载火箭成功的从海上平台发射，将7颗卫星送入轨道。这不仅填补了我国运载火箭海上发射空白，还标志了中国的航天技术又上了一个新的台阶，为中国的航天活动提供了一种快速进入太空的全新发射方式。海上发射技术可以弥补高纬度国家，由于地理位置和气候环境的影响，缺少理想的航天发射中心的短板，因此，廉价而适用的海上发射平台是航天大国家的需求，俄罗斯、美国、挪威、乌克兰、日本等国都在加紧研发。

在国际航天界，海上发射并不算是一个全新的航天发射方式，20世纪60年代，意大利就在印度洋中建立了世界上第一个移动式民用赤道航天发射设施——“圣马科”发射平台，美俄两国也曾进行过多次海上平台发射试验。

“奥德赛”移动式海上航天发射平台

海上发射平台可以分为固定式海上发射平台和移动式海上发射平台，意大利“圣马科”发射场就属于固定式海上发射平台，在20世纪90年代之前曾多次发射过卫星。不过，相比固定式海上发射平台，移动式海上发射平台更加具有優势，它的移动能力使发射方能够选择最有利的发射地点。因此，20世纪90年代，由美国、乌克兰、俄罗斯和挪威等国组建的海上发射公司所采用的就是“奥德赛”移动式海上发射平台，可在赤道附近海域进行发射，能最大限度地发挥运载火箭的能力，具有较强的发射适应性和商业价值。

“长征十一号”进行海上发生试验

陆地发射火箭的优劣

作为航天大国，中国已经有了四个陆上航天发射基地，其中包括：四川西昌航天发射场、甘肃酒泉航天发射场、山西太原航天发射场、海南文昌航天发射场，除了海南文昌航天发射场位于沿海地区，其它都在中北部内陆地区。运载火箭最终是要让所运送的卫星或宇宙飞船进入预定的轨道或让宇宙探测器脱离地球引力，所以，火箭需要达到第一、第二或者第三宇宙速度。在高纬度的陆上基地发射火箭时，火箭需要消耗更多的能量，因为，地球绕地轴自转，纬度是从赤道到南北极点逐步提高，地球自转的角速度相同，高纬度自转的线速度就比低纬度低。火箭发射时会采用顺着地球自转的方向发射，就是为了利用地球自转的初速度节省燃料，而在高纬度地区发射所获得的初速度要低于低纬度，因此，在高纬度发射火箭比在低纬度发射需要更多的燃料。

火箭的最大起飞重量是限定的，如果携带的燃料多了，就需要降低有效载荷，这影响了火箭发射的经济性，此外，卫星在入轨过程中由于需要变轨也损耗了额外的能量，因此会影响卫星的使用寿命。但是，如果将发射场设立在低纬度的赤道附近，不仅能够自由的选择火箭发射纬度，节省了卫星变轨所消耗的额外燃料，还能最大程度地利用地球自转速度，使火箭获得较大的初速度，俄罗斯的“天顶3号”SL火箭在赤道附近发射时，能够将高达6吨多重的载荷送入同步转移轨道。

地球不同纬度上的线速度

除了技术原因，每次进行陆上航天发射之前，有关部门还必须对火箭舱段可能的落区内的百姓进行疏散，以确保火箭舱段在落回地面时不会出现人员伤亡。这既影响了正常的社会经济活动和普通百姓的正常生活，又增加了火箭发射的经济投入和协调工作的难度。即便如此，一旦火箭发射出现失误，脱离的火箭舱段还是有可能会落在预定落区以外，所以，航天大国都将主要的航天发射场设在偏僻的地区。尽管这样能够在一定程度上减少航天活动对社会经济生活的影响，不过，由于发射场到火箭和卫星相关生产单位路途太远，会受到沿途运输的条件限制，“长征二号”系列组件的最大直径就被限制在3.35米以内，这就对重型火箭发射带来了困难。此外，卫星和火箭部件的完好率也会受到长途运输的影响，这对于商业卫星发射明显是一种弱点。

海上发射平台的火箭准备起竖

为什么从陆地转移到海洋

目前，中国正在积极的参与商业卫星发射，为了适应竞争激烈的国际卫星发射市场，于2009年，开始建设海南文昌航天发射场，主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。相比其它三个航天发射场，文昌航天发射场已经非常靠近赤道，纬度低，发射效率高，而且火箭可以通过海上运输，这就为发射重型火箭提供了条件，中国新一代大型运输火箭“长征五号”就是在文昌发射场完成了首次发射。

正在组装的“长征十一号”固体运载火箭

但是，文昌发射场的纬度还是在19度，不能满足0～19度倾角卫星发射需求的问题，而有一些卫星发射任务，发射倾角最好能够到5度甚至更小，即使是在文昌发射场发射，它对运载能力的要求也比较大，也就是用“大车扛小炮”，在发射成本上很不划算。所以，在靠近赤道的海域通过海上发射满足一定的卫星发射需求就成了必然的选择。

与传统的陆地发射相比，海上发射运载火箭具有明显的优势，首先就是在运载火箭飞行过程中由于需要进行多次舱段分离，这就带来了落区问题。随着经济的发展，再偏远的发射场也没有办法完全避开人群，为了避开，就会牺牲不少火箭运载能力。而在一望無际的海洋上发射运载火箭，就可以基本解决人口稠密地区对航天活动的影响。此外，海上发射火箭，可以充分利用赤道上地球自转的附加速度，从而节省运载火箭的燃料，而且对地静止轨道卫星可直接入轨，不用消耗卫星所携带的燃料进行变轨，还可以增加发射卫星的灵活度，根据卫星运行轨道选择最适宜的发射海域，从而降低卫星发射成本。

海上发射并不简单

相比陆上发射，海上发射火箭有很多优势，特别是发射地球同步轨道卫星，发射场纬度越低，火箭所耗燃料越少，此外，利用海上发射平台能够以更低的成本将载荷送上倾角较低的中高轨道，对没有赤道附近发射场的国家，海上平台发射具有极强的吸引力。

不过，海上发射火箭并不是简单的事情，需要一个相对风平浪静的海况，传统运载火箭都是液体火箭，在火箭测试、起竖和加注燃料等发射准备工作的每一步都需要一个平稳的环境，而且整个准备过程要持续数天之久，所以海上发射对地面保障的技术水平要求极高。相比之下，如果采用固体火箭，其系统集成度高，燃料已经事先装填，发射之前不需要繁琐的准备工作，只需在发射之前起竖就可以了。

海上发射为了确保发射安全，对海上发射平台振动也有不同要求。比如，俄罗斯在执行海上发射任务时，为了使“奥德赛”平台达到平衡并且满足海上发射时的振动要求，需要加注15000吨海水，使整个平台的排水量从3.1万吨增到了4.6万吨。即使是采用固体火箭，对海上发射平台的要求有所降低，也需要在万吨级大型半潜式驳船基础上进行改装，对普通国家来说，这是难以完成的工作。

采用固体火箭进行海上发射时，也存在载荷能力较低的问题，因为一般来说固体火箭燃料的比冲比液体燃料低，从商业角度考虑还是使用液体火箭划算，但液体火箭在保障上和准备时间上的劣势在海上发射平台上只会更加放大。总之，在海上发射平台上发射火箭，也是需要强大的技术实力的。

曾经潜射卫星的俄罗斯核潜艇“新莫斯科夫斯克”号，水下排水量超过18000吨

不可小觑的战略价值

海上发射技术还具有很大的军事价值，尤其在战时，在陆上发射场遭到毁灭性打击后，能够保障各类作战卫星的补射。因为在半潜式驳船基础上改装的海上发射平台是可以机动的，可以事先在驳船的货舱中储备运载火箭以及相关的技术设备，驳船还可以隐蔽在洞库中避免遭到打击。

固体火箭发动机，其燃料无需发射前加注，节省时间，而液体燃料毒性大，加注需要时间并容易发生危险

战场形势瞬息万变，尤其是在陌生地区作战时，往往需要紧急部署卫星系统，比如在阿宫汗战争时期，苏联就曾在应前线作战部队要求，在战区上空部署了一套通讯卫星系统，用于各部队尤其是航空兵部队的通讯需要。所以，利用固体火箭，一天内就能在太空建立一个小型卫星系统，保障部队作战。

特别是有了海上发射能力之后，战时就可以在任何海域发射卫星，加大了敌方摧毁发射平台的难度。为了增强海上发射平台的生存能力，俄罗斯已经实验在战略核潜艇上使用潜射火箭发射卫星。早在1998年7月，俄罗斯“德尔塔”IV级战略核潜艇“新莫斯科夫斯克”号就曾发射过一枚“无风-1”型运载火箭，成功将德国研制的两枚通信卫星送入轨道，这是人类航天史上首次从核潜艇上进行的水下卫星发射。

现在，海上发射已经得到了各航天大国的重视，就连一度放弃海上发射的美国也在2019年3月14日在夏威夷东南约2300千米的赤道洋面进行自己的首次海上发射。