海射首秀 中国火箭解锁发射“新姿势”

2020-04-21 13:41
大众科学 2020年1期
关键词:倾角燃料长征

2019年6月5日12时06分,位于黄海海域北纬34°53′58″、东经121°11′25″的发射平台上,随着一声巨响,一束耀眼的光划破天际。一段时间后,长征十一号海射运载火箭将技术试验卫星捕风一号A、B星及五颗商业卫星总共七颗卫星顺利送入预定轨道,完成了“一箭七星”的高难度航天任务,试验取得圆满成功。这是我国首次在海上实施运载火箭发射技术试验,不仅满足了卫星不同倾角的发射需求,也促进了我国商业航天的发展。

运载火箭海上发射具有灵活性强、任务适应性好、发射经济性等优点,可通过灵活选择发射点和航落区,满足各种轨道有效载荷发射需求,为“一带一路”沿线国家提供更好的航天商业发射服务。为什么选择在海上进行发射,海上发射是如何发展起来的?海上发射存在哪些技术难题?这次的长征十一号火箭与东风31型导弹有关系吗?

海上发射究竟有何优势?

第一,海上发射能够提高火箭的运载能力。如果选择在海上平台进行发射,我们就可以选择广袤海域中的任何一点作为我们的发射地点,机动性和灵活性很强。

众所周知,选在靠近赤道附近的低纬度区域进行发射拥有很大优势。地球围绕南北两极的连线进行自转,即地球每一点的角速度相同。在角速度相同的条件下,旋转的半径越大,速度越大。更大的速度意味着能够给火箭提供更大的初始动能,进而节省火箭飞行所需的燃料并且能够使火箭拥有更大的运载能力。

第二,海上发射有利于运载火箭执行特殊轨道发射任务。随着我们对通信服务需求的日益增大,特殊倾角卫星也越来越受到重视。轨道倾角是指卫星的轨道面与地球赤道面的夹角。轨道倾角越小,卫星能够掠过某地面区域上空的频率就更大。而卫星成功入轨的过程与发射地点直接挂钩,倘若发射地点有利,那么卫星入轨所需要消耗的时间就更短。所以,成功实现海上发射将为选择发射地点提供坚实的技术支撑和保障。

第三,海上发射将大幅提高火箭发射的安全性。對陆基发射火箭而言,落区安全是发射任务设计中的重要因素。我们要谨慎选择发射地点,并对火箭残骸的落点进行精确计算,防止发射过程中分离的部分落入人口稠密的地区,确保发射的安全。同时,还要考虑到倘若任务失败,火箭爆炸造成的影响应尽量降到最低。而海上发射可以自由选择区域,远离人口稠密的地区,极大程度提高了发射的安全性。

“海上发射”除了发射地点不一样,发射过程有啥区别?

第一,海上发射的发射窗口更难把握。航天任务的进行需要考虑诸多因素,例如海上发射环境中的温度、湿度、风速等等。而海平面的气候变化可以说是极度复杂,发射的时机转瞬即逝。所以这对担任指挥的部门而言是巨大的挑战。

第二,发射平台要可靠。海上发射的巨大困难就在于发射平台的研制难度大。同时,海平面起伏不定,会对发射任务造成影响。所以有相当一部分发射采用多次推进的方法,长征十一号便是使用了这种方法来尽量减小平台摇晃带来的影响。如下所示,我们能够清楚地看到,发射指令下达后,火箭的底部先进行一次剧烈的爆炸,将整体高度抬升,之后再进行点火,进行任务的下一过程。

2019年6月5日12时,长征十一号海射运载火箭在黄海执行了一次海基发射任务,将捕风一号A、B卫星及五颗商业卫星顺利送入预定轨道,这也是我国首次成功实施海上运载火箭发射任务。

第三,燃料的问题。受发射窗口的影响,如何快速的填充发射燃料也是一个必须考虑的问题。火箭的燃料一般分为固体和液体两种,使用液体燃料就势必需要两艘运输船,一艘拉火箭,一艘拉燃料。相对来说,固体燃料要比液体燃料更适应海上发射。本次发射的长征十一号运载火箭就采用了固体燃料。

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