俄羅斯東方航天發(fā)射中心成功發(fā)射首枚火箭

張綠云 （北京航天長(zhǎng)征科技信息研究所）

俄羅斯東方航天發(fā)射中心成功發(fā)射首枚火箭

張綠云 （北京航天長(zhǎng)征科技信息研究所）

2016年4月28日，俄羅斯聯(lián)盟-2.1a/“伏爾加”（Soyuz-2.1a/Volga）火箭從俄羅斯東方航天發(fā)射中心（Vostochny Cosmodrome）成功發(fā)射，這標(biāo)志著該發(fā)射中心正式投入使用。東方航天發(fā)射中心完全建成后，將成為俄羅斯境內(nèi)的首個(gè)民用航天發(fā)射場(chǎng)，可保障俄羅斯完全自主地開展航天活動(dòng)，未來將為包括聯(lián)盟-2系列火箭、“安加拉”（Angara）系列運(yùn)載火箭、載人航天運(yùn)輸系統(tǒng)、重型運(yùn)載火箭及未來星際飛船在內(nèi)的各種航天項(xiàng)目的實(shí)施提供保障。

1　發(fā)射情況

莫斯科時(shí)間2016年4月28日05：01：21，聯(lián)盟-2.1a/“伏爾加”運(yùn)載火箭搭載俄羅斯質(zhì)量為645kg的“米哈伊爾·羅蒙諾索夫”（Mikhailo Lomonosov）科研衛(wèi)星、530kg的阿伊斯特-2D（Aist-2D）對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星和7kg的薩姆薩特-218/D（SamSat-218/D）納衛(wèi)星，從新建的俄羅斯東方航天發(fā)射中心1S場(chǎng)區(qū)的聯(lián)盟-2火箭發(fā)射臺(tái)起飛?；鸺w行約9min后，“伏爾加”上面級(jí)分離。之后，上面級(jí)經(jīng)過2次點(diǎn)火飛行2h后，將3顆衛(wèi)星送入近地點(diǎn)468km、遠(yuǎn)地點(diǎn)483km、傾角為97.3°的太陽同步軌道?；鸺c(diǎn)火起飛7h后，“伏爾加”上面級(jí)再入地球大氣層并墜入太平洋。俄羅斯總統(tǒng)普京親自抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)觀看了發(fā)射全過程，并表示此次成功發(fā)射無疑是俄羅斯航天工業(yè)發(fā)展歷程中邁出的重要一步。

東方航天發(fā)射中心的首次航天發(fā)射任務(wù)原定于2015年底進(jìn)行，但因綜合發(fā)射設(shè)施進(jìn)度問題而推遲至2016年4月27日。在27日進(jìn)行的首次發(fā)射嘗試時(shí)，由于未接收到火箭二子級(jí)推進(jìn)劑閥門關(guān)閉信號(hào)，自動(dòng)發(fā)射控制系統(tǒng)在發(fā)射倒計(jì)時(shí)進(jìn)行到-90s時(shí)中止發(fā)射，發(fā)射推遲24h進(jìn)行。隨后，技術(shù)人員查找故障部位，更換了相關(guān)的電子元件。本次發(fā)射推遲是繼一枚攜帶歐盟衛(wèi)星的聯(lián)盟 ST-A火箭在庫魯發(fā)射場(chǎng)接連3次推遲發(fā)射后遭受的又一次打擊。針對(duì)俄羅斯航天部門屢次出現(xiàn)失誤，總統(tǒng)普京召開專門會(huì)議，嚴(yán)厲斥責(zé)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，要求航天部門對(duì)故障做出專業(yè)性和及時(shí)性的反應(yīng)，完善基本程序的監(jiān)督。

俄羅斯總統(tǒng)普京參觀東方航天發(fā)射中心

火箭飛行時(shí)序

此次發(fā)射是聯(lián)盟-2.1a火箭2016年度的第3次發(fā)射，也是其加裝“伏爾加”上面級(jí)的第1次發(fā)射。

2　聯(lián)盟-2.1a/“伏爾加”火箭

聯(lián)盟-2.1a/“伏爾加”火箭是由聯(lián)盟-2.1a加裝“伏爾加”上面級(jí)構(gòu)成的三級(jí)液體運(yùn)載火箭。

聯(lián)盟-2.1a由俄羅斯進(jìn)步國(guó)家航天火箭科研生產(chǎn)中心（TsSKB-Progress）研制生產(chǎn)，采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，助推器和一子級(jí)分別采用動(dòng)力機(jī)械科研生產(chǎn)聯(lián)合體（NPO Energomash）研制的RD-107A和RD-108A液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)；二子級(jí)采用化學(xué)自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)局（OSC KBKhA）研制的RD-0110四燃燒室液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。該火箭采用俄羅斯自行研制的先進(jìn)數(shù)字控制系統(tǒng)，極大地提高了火箭的入軌精度、穩(wěn)定性及可控性，同時(shí)減少了火箭生產(chǎn)時(shí)所需的進(jìn)口配件數(shù)量。聯(lián)盟-2.1a火箭長(zhǎng)46.1m，箭體直徑2.95m，起飛質(zhì)量為312t，低地球軌道（LEO）運(yùn)載能力為7.8t，地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運(yùn)載能力為2.8t。

即將發(fā)射的俄羅斯聯(lián)盟-2.1a火箭

“伏爾加”上面級(jí)長(zhǎng)1.03m，直徑3.2m，結(jié)構(gòu)質(zhì)量為840kg。主發(fā)動(dòng)機(jī)為17D64發(fā)動(dòng)機(jī)，采用四氧化二氮/偏二甲肼推進(jìn)劑，真空推力2.94kN，真空比沖307s，燃燒時(shí)間900s。該上面級(jí)具備多次重啟能力，可通過機(jī)載電池在軌運(yùn)行24h，但一般的任務(wù)不會(huì)超過2h。上面級(jí)采用慣性測(cè)量裝置進(jìn)行導(dǎo)航，并通過由推力器組成的姿態(tài)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火箭控制。

為適應(yīng)東方航天發(fā)射中心的發(fā)射任務(wù)，俄羅斯進(jìn)步國(guó)家航天火箭科研生產(chǎn)中心對(duì)聯(lián)盟-2.1a進(jìn)行了一些適應(yīng)性改進(jìn)。首先，進(jìn)行了火箭內(nèi)部升級(jí)改進(jìn)，確?；鸺蓾M足長(zhǎng)途運(yùn)輸過程中嚴(yán)酷的環(huán)境要求。第二，在火箭上安裝了特殊閥門，用于將多余的推進(jìn)劑泄出至移動(dòng)勤務(wù)塔外。第三，在火箭外部安裝4部攝像機(jī)［箭載攝像控制系統(tǒng)（BSVK）］，可從頂部拍攝火箭點(diǎn)火起飛后上升的全過程。箭載攝像控制系統(tǒng)于2015年8月在巴黎航展上面世，未來將安裝于所有聯(lián)盟 ST火箭上。第四，采用更高性能的飛控計(jì)算機(jī)，并安裝新型可長(zhǎng)久使用的化學(xué)電池。

3　東方航天發(fā)射中心

建設(shè)背景及規(guī)劃

蘇聯(lián)解體后，航天發(fā)射設(shè)施的使用權(quán)問題是俄羅斯政府亟待解決的問題之一。拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)在蘇聯(lián)解體后劃歸哈薩克斯坦所有，兩國(guó)就拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)使用問題簽訂了租賃協(xié)議，最早租期為20年，后來根據(jù)航天活動(dòng)增加的需求，將租期延長(zhǎng)至2050年。但鑒于拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)的政治、經(jīng)濟(jì)問題，以及國(guó)內(nèi)航天發(fā)射場(chǎng)的技術(shù)局限性，俄羅斯航天部門決定新建一座航天發(fā)射中心。

基于戰(zhàn)略、人員和地域等多方面考慮，俄羅斯政府最終選定在阿穆爾州建設(shè)東方航天發(fā)射中心。該發(fā)射中心計(jì)劃配備2萬～2.5萬人，擬建各類配套設(shè)施近50座；總共擬建造7座發(fā)射臺(tái)，其中2座用于發(fā)射載人飛船，2座用于發(fā)射貨運(yùn)飛船。場(chǎng)區(qū)建設(shè)規(guī)劃為：發(fā)射區(qū)，技術(shù)區(qū)，航天員訓(xùn)練中心，氧氣、氮?dú)夂蜌錃馍a(chǎn)廠，現(xiàn)代化的測(cè)量跟蹤系統(tǒng)，機(jī)場(chǎng)綜合設(shè)施，公路與鐵路設(shè)施。建設(shè)工作由俄羅斯特種建筑公司（Special construction agency）負(fù)責(zé)具體實(shí)施。對(duì)于該發(fā)射中心的建設(shè)進(jìn)度，最初計(jì)劃：2010年，完成初步設(shè)計(jì)和勘察工作，確定設(shè)施設(shè)備精確的范圍界限；2010-2015年，實(shí)施發(fā)射場(chǎng)建設(shè)；2013年，完成公路、鐵路、供電和供水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；2015-2016年，首次試射中型火箭（不載人），隨后發(fā)射通信衛(wèi)星；2018年，實(shí)施首次載人航天飛行；2020年，將俄羅斯45%的航天發(fā)射任務(wù)及所有載人航天飛行任務(wù)轉(zhuǎn)入東方航天發(fā)射中心。

從“國(guó)際空間站”拍攝的東方航天發(fā)射中心

地理位置及建設(shè)進(jìn)度

東方航天發(fā)射中心位于俄羅斯遠(yuǎn)東聯(lián)邦區(qū)阿穆爾州齊奧爾科夫斯基市（原烏格列戈?duì)査箍随?zhèn)），地域遼闊，人煙稀少。該地區(qū)年均有310個(gè)晴天，氣候相對(duì)干燥，而且很少有大風(fēng)出現(xiàn)。發(fā)射中心以西靠近西伯利亞大鐵路列佳那亞站和新建的阿穆爾高速公路，周邊交通相對(duì)便利，輔助交通改造成本較低；以東距離太平洋600～800km，具備海運(yùn)條件；毗鄰已關(guān)閉的斯沃博德內(nèi)航天發(fā)射場(chǎng)，可利用其舊有設(shè)施，大幅降低任務(wù)保障所需建設(shè)改造成本。此外，該發(fā)射中心距離莫斯科5800km，距中國(guó)黑龍江省不超過100km，可確?；鸺?、二級(jí)落區(qū)位于俄羅斯境內(nèi)。

2012年，根據(jù)俄羅斯總統(tǒng)令，東方航天發(fā)射中心正式開工建設(shè)，占地約700km2。一期項(xiàng)目已經(jīng)接近尾聲，總耗資達(dá)到1200億盧布（約合18億美元），“聯(lián)盟”火箭發(fā)射臺(tái)、“聯(lián)盟”火箭裝配廠房、衛(wèi)星處理廠房、氣象通信設(shè)施、測(cè)控監(jiān)測(cè)設(shè)施、燃料儲(chǔ)庫、航天人員住宅生活區(qū)等工程已經(jīng)建設(shè)完成。2016-2018年將全力開展二期項(xiàng)目，搭建“安加拉”火箭及重型火箭發(fā)射平臺(tái)，為2021年在該發(fā)射中心進(jìn)行的首次“安加拉”火箭發(fā)射和2023年的載人航天發(fā)射任務(wù)做準(zhǔn)備。

聯(lián)盟-2系列火箭綜合發(fā)射設(shè)施

聯(lián)盟-2系列火箭綜合發(fā)射設(shè)施的地理位置為128.2°（E）、51.93°（N），海拔274m，總建筑面積為23358m2。綜合發(fā)射設(shè)施由發(fā)射臺(tái)、氧氣與氮?dú)馍a(chǎn)廠以及技術(shù)區(qū)組成，可用于進(jìn)行聯(lián)盟-2系列火箭的射前準(zhǔn)備和發(fā)射操作，包括星-箭組合體的水平轉(zhuǎn)運(yùn)、起豎、電氣測(cè)試、推進(jìn)劑加注、火箭發(fā)射等操作。

東方航天發(fā)射中心技術(shù)區(qū)位于第2號(hào)發(fā)射場(chǎng)區(qū)，采用集中建設(shè)方案，主要用于完成所有運(yùn)載火箭和航天器的測(cè)試、檢查、存儲(chǔ)和裝配。目前完成建設(shè)的工程包括聯(lián)盟-2運(yùn)載火箭裝配廠房、航天器處理與準(zhǔn)備廠房、轉(zhuǎn)運(yùn)通廊、電力與燃料供給站、運(yùn)載火箭級(jí)段處理與存儲(chǔ)大樓。根據(jù)技術(shù)區(qū)的建設(shè)規(guī)劃，東方航天發(fā)射中心第二期工程將在技術(shù)區(qū)的西側(cè)為“安加拉”系列運(yùn)載火箭建造一個(gè)全新的裝配廠房。該廠房的建設(shè)工作將與俄羅斯新一代載人航天飛船（PTK NP飛船）處理設(shè)施同時(shí)進(jìn)行，為2021年的“安加拉”火箭首飛做準(zhǔn)備。待其全部投入使用后，技術(shù)區(qū)的總面積將達(dá)到39000m2。

發(fā)射臺(tái)采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，包括83個(gè)結(jié)構(gòu)件，由52個(gè)系統(tǒng)組成，包括發(fā)射系統(tǒng)、移動(dòng)勤務(wù)塔、運(yùn)輸/起豎車、加注系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、電氣與液壓傳動(dòng)遙控系統(tǒng)、溫度和濕度控制系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、壓氣站和可移動(dòng)通道等。發(fā)射臺(tái)通過總長(zhǎng)為4.4km的鐵路線與技術(shù)區(qū)連接。

移動(dòng)勤務(wù)塔為金屬結(jié)構(gòu)，由376個(gè)部件組成。塔高48.3m，寬24.1m，長(zhǎng)24.8m，質(zhì)量為1600t，結(jié)構(gòu)質(zhì)量580t，能以12m/min的速度沿長(zhǎng)度為140m的軌道前后移動(dòng)。塔內(nèi)裝有吊車和升降機(jī)，可在發(fā)射倒計(jì)時(shí)至點(diǎn)火前為運(yùn)載火箭和衛(wèi)星操作提供一個(gè)防護(hù)空間和工作平臺(tái)，還可用于中止發(fā)射情況下火箭的處理。塔內(nèi)還裝有通風(fēng)設(shè)施、溫控設(shè)備、排水系統(tǒng)，以及電氣、通信、控制和電視監(jiān)控系統(tǒng)。

俄羅斯聯(lián)盟-2系列火箭發(fā)射臺(tái)

4　影響分析

依靠境內(nèi)航天發(fā)射場(chǎng)，擺脫對(duì)國(guó)外航天設(shè)施的高度依賴

目前，俄羅斯仍有接近60%的發(fā)射任務(wù)在哈薩克斯坦拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)進(jìn)行，俄羅斯為此需要支付高昂的租金。發(fā)射任務(wù)失敗帶來的環(huán)境污染問題也會(huì)影響俄哈兩國(guó)關(guān)系，給雙邊合作蒙上陰影。按照俄羅斯政府計(jì)劃，到2020年左右，東方航天發(fā)射中心將撐起俄羅斯航天發(fā)射的半壁江山，從而一舉扭轉(zhuǎn)對(duì)拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)的長(zhǎng)期依賴。

獲得低緯地區(qū)發(fā)射優(yōu)勢(shì)，滿足多種發(fā)射需求

東方航天發(fā)射中心選址盡量向東南布置，靠近俄中邊境，取得與拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)相近的較低緯度優(yōu)勢(shì)，從發(fā)射點(diǎn)到入軌點(diǎn)的航程大大縮短，可以帶來運(yùn)載能力的大幅提升，從而利用東方航天發(fā)射中心就可以完成現(xiàn)有在拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)進(jìn)行的航天發(fā)射任務(wù)，包括“國(guó)際空間站”載人發(fā)射任務(wù)。同時(shí)，東方航天發(fā)射中心二期項(xiàng)目中規(guī)劃建設(shè)的“安加拉”大型運(yùn)載火箭的發(fā)射平臺(tái)，也將對(duì)商業(yè)客戶產(chǎn)生巨大吸引力。另外，東方航天發(fā)射中心的東向和北向有很大的發(fā)射方位角寬度，可發(fā)射小傾角和大傾角軌道航天器，也是俄羅斯境內(nèi)最具潛力的月球和火星探測(cè)器發(fā)射地點(diǎn)。

促進(jìn)遠(yuǎn)東地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，助力人口均衡分布

眾所周知，航天產(chǎn)業(yè)是一個(gè)綜合性產(chǎn)業(yè)，建設(shè)新的發(fā)射場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)輻射作用不容小覷，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、人力資源需求、附屬產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)、國(guó)際合作深化都將對(duì)俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。隨之將吸引大量人口涌入，也有助于俄羅斯國(guó)內(nèi)人口分布的區(qū)域均衡。

5　總結(jié)

2016年3月，俄羅斯正式審議通過《2016-2025年航天計(jì)劃》，指出將加快建設(shè)東方航天發(fā)射中心。無疑，東方航天發(fā)射中心將在俄羅斯未來航天業(yè)中發(fā)揮重大作用。聯(lián)盟-2.1a/“伏爾加”火箭在該發(fā)射中心的首次成功發(fā)射，拉開了東方航天發(fā)射中心為俄羅斯運(yùn)載火箭提供發(fā)射支持的序幕。未來，東方航天發(fā)射中心將成為一個(gè)擁有學(xué)校、中高檔公寓、交通便利的可供幾萬人工作和居住的航天城。依靠該航天發(fā)射中心，俄羅斯將逐漸擺脫對(duì)國(guó)外航天發(fā)射設(shè)施的依賴，并可通過其低緯地區(qū)發(fā)射優(yōu)勢(shì)而滿足多種航天發(fā)射需求。

The First Rocket Launched from Russia's Vostochny Spaceport Successfully