獨家解密中國航天“海射首秀”幕后

陳惟杉

視覺中國

6月10日，國家國防科技工業(yè)局、中央軍委裝備發(fā)展部發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)商業(yè)運載火箭規(guī)范有序發(fā)展的通知》（下稱《通知》），這被外界視為我國首個對商業(yè)運載火箭進(jìn)行細(xì)則指導(dǎo)的官方文件。

《通知》提出，“鼓勵商業(yè)運載火箭健康有序發(fā)展，進(jìn)一步降低進(jìn)入空間成本，補(bǔ)充和豐富進(jìn)入太空的途徑，大力推進(jìn)航天運輸系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，加快提升我國進(jìn)入空間的能力和國際市場競爭力。”

而海上發(fā)射被視為“進(jìn)一步降低進(jìn)入空間成本，補(bǔ)充和豐富進(jìn)入太空的途徑”的方式之一。

6月5日，長征十一號運載火箭在黃海海域起飛，將7顆衛(wèi)星送入軌道，這是我國首次在海上發(fā)射運載火箭。

“海射首秀”在商業(yè)化上創(chuàng)下了多個“首次”，這是第一枚商業(yè)冠名的長征火箭，火箭被命名為“CZ-11 WEY號”;這是我國首次利用商業(yè)航天測控網(wǎng)為運載火箭提供全程測控服務(wù)。此外，7顆衛(wèi)星中有多顆商業(yè)衛(wèi)星，其中不乏由民營衛(wèi)星公司自主研制的衛(wèi)星。

對此，有商業(yè)航天業(yè)內(nèi)人士并不感到意外，因為“海射本身就是極具商業(yè)色彩的行為”。

可以說，首次海射不僅填補(bǔ)了我國在該領(lǐng)域的空白，也為商業(yè)航天帶來了更多想象空間。

6月5日，長征十一號運載火箭（CZ-11 WEY號）成功完成“一箭七星”海上發(fā)射技術(shù)試驗后，中國科學(xué)院研究員、長征十一號運載火箭原總指揮楊毅強(qiáng)被媒體問及是什么心情，他回答稱：酸甜苦辣，五味俱全！就像自己養(yǎng)的孩子，又不在身邊了。

據(jù)了解，2016年以來，已進(jìn)行了多輪固體運載火箭海上發(fā)射工程的論證、技術(shù)攻關(guān)和研制工作。

此次雖是我國首次海射，亦是世界上首次完成固體運載火箭海上發(fā)射，但其實在20世紀(jì)60年代意大利便在印度洋建立了第一個移動式赤道發(fā)射場——圣馬科發(fā)射場進(jìn)行海射。

而上一次海上發(fā)射還要追溯到2014年，由俄羅斯、美國、挪威等國共同出資成立的海上發(fā)射公司完成，但隨后海上發(fā)射公司暫停了發(fā)射業(yè)務(wù)。有統(tǒng)計顯示，自首飛至2014年，海上發(fā)射公司共執(zhí)行36次發(fā)射任務(wù)，其中32次發(fā)射成功，一次發(fā)射異常，3次失敗。

相比于陸地發(fā)射，海上發(fā)射的技術(shù)難點主要體現(xiàn)在哪里？

“難點主要體現(xiàn)在四個方面?！睏钜銖?qiáng)向記者介紹說，首先是火箭要能夠在有風(fēng)浪的情況下發(fā)射，適應(yīng)一定海情，“要能夠控得住?！睋?jù)了解，此次用于海射的長征十一號火箭，即使面對四級、五級海況，一兩米高的浪，也不影響火箭起飛的穩(wěn)定性。其次是陸地發(fā)射場火箭測試點火發(fā)射都是通過光纖電纜實施，而在海上發(fā)射只能用無線方式。第三點是瞄準(zhǔn)問題。第四點是火箭的安控問題。在陸地上，測控網(wǎng)有一套完整的安全控制系統(tǒng)，火箭可以進(jìn)行自毀，發(fā)射場的安控部門可以對火箭進(jìn)行炸毀，但進(jìn)行海上發(fā)射時不可能將眾多設(shè)備搬到海邊或海上，因此就需要設(shè)計一套自主智能安控系統(tǒng)。

他向記者解釋說，通過專門增加一套箭上計算機(jī)和一套北斗導(dǎo)航接收機(jī)，實時計算火箭位置，“保證火箭在安全管道內(nèi)飛行，超出‘管道’時火箭會自毀。相當(dāng)于把地面安控的規(guī)則置于箭上計算機(jī)中，由火箭自己來智能化處理?！?/p>

“一級火箭發(fā)動機(jī)的姿態(tài)控制、動基座下的瞄準(zhǔn)、自主安控、無線測發(fā)控，可以說解決好了這幾個問題，海上發(fā)射就完全成熟了?！睏钜銖?qiáng)說。

除了技術(shù)層面的問題，海射的前期工作量還包括統(tǒng)一對海射的認(rèn)識、組織協(xié)調(diào)，以及一些政策性問題的突破上。這個過程中經(jīng)歷了無數(shù)次反復(fù)溝通和協(xié)調(diào)。

比如運輸問題，將火箭運到海上，安監(jiān)部門完全可以對船本身的防爆能力提出疑問。但對于航天領(lǐng)域?qū)I(yè)人士來說，并不像想象中的那么難，相關(guān)措施只要采取到位，安全性是可以保證的。

一位曾參與海射前期工作的人士向記者坦言，“雖然發(fā)射過程只有一瞬間，但此前的協(xié)調(diào)工作量極大。”

首次海上發(fā)射帶來的挑戰(zhàn)不僅存在于火箭發(fā)射環(huán)節(jié)，對于首批海射的7顆衛(wèi)星而言亦是如此。

“客觀地說，這是我國第一次進(jìn)行海射，在已有條件下海射對衛(wèi)星的環(huán)境適應(yīng)性提出了更高要求。”長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司（下稱“長光衛(wèi)星”）“吉林一號”高分03A星總師陳茂勝告訴《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者?！凹忠惶枴备叻?3A星是首批海射的7顆衛(wèi)星之一。

對于衛(wèi)星公司而言，參與首次海上發(fā)射與以往的陸地發(fā)射有何不同？

陳茂勝向記者解釋說，在陸地發(fā)射時，衛(wèi)星在出廠后直接運往發(fā)射基地，此后的工作主要在發(fā)射場的技術(shù)區(qū)和發(fā)射區(qū)開展，地理位置非常接近。

“參與首次海射，以往在發(fā)射場技術(shù)區(qū)進(jìn)行的工作其實是在北京某廠房中進(jìn)行的，在進(jìn)行技術(shù)測試、狀態(tài)檢查，完成星箭對接后，衛(wèi)星隨運載火箭一起經(jīng)鐵路、公路運輸?shù)竭_(dá)山東海陽港，再在海陽港完成以往在發(fā)射場發(fā)射區(qū)的工作，然后通過海運到達(dá)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行發(fā)射。”

陳茂勝向記者透露，首次海射的周期也比往常有所增長，“其實整個衛(wèi)星測試工作還是遵循了快速測試的原則，在海陽港的測試只用了4個小時，在北京的測試大概進(jìn)行了19個小時，但在運輸上花費的時間要稍微長一些。”

同樣參與首次海射的天儀研究院方面告訴記者，與以往地方發(fā)射不同的是，海上發(fā)射要求衛(wèi)星提前25～30天裝箭，一般情況則為提前15天。

但陳茂勝認(rèn)為，隨著首次實踐驗證完成，以后肯定會更快，“如果把技術(shù)區(qū)和發(fā)射區(qū)環(huán)境都改善了，衛(wèi)星直接運到指定的港口，應(yīng)急發(fā)射的能力應(yīng)該會出現(xiàn)極大的增強(qiáng)。”

“我個人認(rèn)為，未來的狀況是在‘一南一北’各建一個航天港，現(xiàn)在的碼頭是臨時拼湊的，將來要建設(shè)技術(shù)廠房，成為母港?！睏钜銖?qiáng)告訴《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者，同時應(yīng)該建設(shè)專用的海上發(fā)射船，把火箭和衛(wèi)星的儲存、火箭的測試、衛(wèi)星的對接、發(fā)射和測控結(jié)為一體。

他認(rèn)為，這種設(shè)想完全可以和“一帶一路”倡議結(jié)合，東南亞、中東、歐洲有許多發(fā)射需求，海上發(fā)射船不需要靠岸，行駛到公海，用直升機(jī)把衛(wèi)星吊上來進(jìn)行發(fā)射。“現(xiàn)場估計不超過100人就可以完成。”

作為中國航天領(lǐng)域的權(quán)威專業(yè)人士，楊毅強(qiáng)分析說，“一南一北”兩個航天港中，位于北方的港口主要保障東射向發(fā)射，減緩內(nèi)陸發(fā)射帶來的疏散，以及國家發(fā)射任務(wù)與商業(yè)發(fā)射沖突的問題。

“我國的發(fā)射場多在內(nèi)陸地區(qū)，決定了一些特殊射向的火箭發(fā)射難度較大，比如從酒泉向東發(fā)射火箭，就要經(jīng)過華北、華東等人口稠密的地區(qū)?！?/p>

因為跨區(qū)域大，就會擔(dān)心火箭殘骸落到屋頂、農(nóng)田的情況發(fā)生，“再加上以前荒無人煙的地方，現(xiàn)在經(jīng)過開發(fā)后人口密度增大，所以落點越來越難找，海上發(fā)射應(yīng)該是未來的一個趨勢?！?/p>

而位于南方的航天港則主要滿足低緯度的發(fā)射需求。

眾所周知，緯度越低地球的自轉(zhuǎn)速度越快，而如果火箭從赤道附近發(fā)射，能夠最大限度地利用地球自轉(zhuǎn)速度，節(jié)省推進(jìn)劑消耗量，從而提高運載能力、降低發(fā)射成本。

這也是為什么俄羅斯“熱衷”于海上發(fā)射的原因，其國內(nèi)主要發(fā)射場普列謝茨克發(fā)射場位于北緯63度。2009年，海上發(fā)射公司曾宣布破產(chǎn)，在2010年重組后，俄羅斯方面的持股比例上升至95%。

據(jù)中國工程院院士、運載火箭專家龍樂豪測算，在文昌發(fā)射將比在西昌發(fā)射提高7.4%的有效載荷，為300多千克。

楊毅強(qiáng)向《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者介紹說，海南文昌發(fā)射場所在緯度尚有北緯19度，而在開展海射的前期準(zhǔn)備工作時曾論證過到北緯兩度的海域進(jìn)行發(fā)射。

當(dāng)然，并非所有軌道類型的衛(wèi)星都以在靠近赤道的地區(qū)發(fā)射為最優(yōu)選擇?！叭绻l(fā)射太陽同步軌道衛(wèi)星，在赤道附近發(fā)射的優(yōu)勢就不大。”楊毅強(qiáng)說。

“在赤道附近非常適合發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星?！标惷瘎傧颉吨袊?jīng)濟(jì)周刊》記者解釋說，從發(fā)射場向東發(fā)射衛(wèi)星時，可使衛(wèi)星的飛行軌道與最終軌道靠近同一平面，節(jié)省機(jī)動到地球靜止軌道所需的燃料。但并不是說在赤道附近發(fā)射就一定是最好的選擇，其只是可獲得地球最大自轉(zhuǎn)速度。對于不同目標(biāo)軌道要靈活選取發(fā)射地點，盡可能直接一步將衛(wèi)星送到后續(xù)應(yīng)該進(jìn)入的軌道，這也是海射顯著的優(yōu)勢。楊毅強(qiáng)也認(rèn)為，陸地發(fā)射場的布局使得發(fā)射選擇很受限，火箭對衛(wèi)星軌道的適應(yīng)性變差。

“目前地球靜止軌道上的人造衛(wèi)星多為通信衛(wèi)星，我國東方紅系列通信衛(wèi)星位于地球靜止軌道，但比如長光衛(wèi)星此前發(fā)射的遙感衛(wèi)星則主要位于太陽同步軌道。”陳茂勝說。

而有商業(yè)航天業(yè)內(nèi)人士向記者透露，海射下一步可能會探索發(fā)射太陽同步軌道衛(wèi)星，“這是目前國內(nèi)很多衛(wèi)星需要，或者更多使用的一個軌道，其技術(shù)難度也會有所提升。”

對于地球靜止軌道的需求有多大的問題，楊毅強(qiáng)認(rèn)為，很多時候需求和技術(shù)進(jìn)步是互相驅(qū)動的，不是說有了市場需求再搞技術(shù)創(chuàng)新，也不是說技術(shù)創(chuàng)新必須以市場需求作為依據(jù)，“如果我們擁有了更多發(fā)射地球同步軌道衛(wèi)星的能力，大家都會考慮怎么去用這個軌道?！?/p>

航天科技集團(tuán)在介紹海射優(yōu)勢時亦表示，目前全球小傾角衛(wèi)星數(shù)量越來越多，海上發(fā)射能有效破解我國陸地發(fā)射場難以滿足0至19度傾角衛(wèi)星發(fā)射需求的問題。

不可否認(rèn)的是，海上發(fā)射通過靈活選取發(fā)射地點可以有效提升運載能力，從而降低發(fā)射成本。

“海射可以把同等重量的衛(wèi)星送到更高的軌道或者是在同樣的軌道上發(fā)射更大重量的衛(wèi)星，從而降低衛(wèi)星的發(fā)射成本。此外，隨著發(fā)射渠道的增多，形成一定市場競爭，也必然會拉低發(fā)射成本。”陳茂勝說。

而有航天業(yè)內(nèi)人士向記者直言，當(dāng)初嘗試海上發(fā)射的原因之一便是“省錢”，“租一條船，每天10萬到15萬，一周時間的花銷在100萬左右，而發(fā)射場的價格多在千萬級別。”

“第一次海上發(fā)射是歷史性的，對于商業(yè)航天領(lǐng)域來講，這一天也是歷史性的，商業(yè)測控公司歷史上第一次全程保障一次火箭的發(fā)射?！睏钜銖?qiáng)認(rèn)為，從測控角度講，今天標(biāo)志著商業(yè)測控網(wǎng)由過去的試驗、展示、驗證，進(jìn)入到一個工程可以實用的階段了。

北京天鏈測控技術(shù)有限公司（下稱“天鏈測控”）創(chuàng)始人兼CEO劉穎稱其為商業(yè)航天“歷史性的突破”，首次海射運載火箭全程商業(yè)測控任務(wù)由天鏈測控承擔(dān)。

6月5日，天鏈測控北京中心，我國首次海射的測控現(xiàn)場。

劉穎向《中國經(jīng)濟(jì)周刊》記者介紹說，對火箭的跟蹤測量十分考驗技術(shù)團(tuán)隊的實力，“與跟蹤衛(wèi)星不同，衛(wèi)星入軌后，會按照預(yù)定軌道重復(fù)運轉(zhuǎn)。每一圈都可以進(jìn)行任務(wù)，無非是發(fā)送指令或接收數(shù)據(jù)稍有延遲。而火箭發(fā)射只有一次，飛行過程很短，對時效性和穩(wěn)定性要求特別高。”

而要確保時效性，就需要合理根據(jù)火箭航程布局地面測控站，此次海射天鏈測控使用了現(xiàn)有11套測控設(shè)備中的4套。

據(jù)劉穎介紹，除一套固定站位于寧波外，另外3套皆為機(jī)動站，一套位于鹽城，兩套位于南太平洋，“位于南太平洋的測控站點非常重要，4次星箭分離均在該測控點的范圍內(nèi)，因此準(zhǔn)備了兩套設(shè)備，互為備份?！?/p>

海上發(fā)射對地面測控站的機(jī)動性要求在劉穎看來更高，“必須根據(jù)火箭發(fā)射的彈道來布設(shè)地面站，比如火箭往南發(fā)射，在北邊布站沒有意義。”除去對機(jī)動性要求的提高，首次海射測控面臨的另一個問題便是有限的保障條件。

“海射平臺上的保障措施有限，缺少相當(dāng)一部分保障設(shè)備，而陸地上的發(fā)射場經(jīng)過多年建設(shè)，通信網(wǎng)絡(luò)、氣象等保障措施比較完善，這是海上和地面一個很大的區(qū)別。”劉穎介紹說。

天鏈測控自從此次海射方案論證便已開展相關(guān)工作，“設(shè)備的測試調(diào)試經(jīng)過了較長時間，特別是近半年來，我們?nèi)慷济闇?zhǔn)這個任務(wù)在準(zhǔn)備?！眲⒎f介紹說。