科技館里學(xué)航天

楊晶

“乘風(fēng)好去，長空萬里，直下看山河。”

隨著“5、4、3、2、1”倒數(shù)，長征11號（CZ-11）海射型火箭于2019年6月5日12時06分，在中國黃海海域點火升空，將技術(shù)試驗衛(wèi)星捕風(fēng)一號A、B星及5顆商業(yè)衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道。至此，中國首次海上火箭發(fā)射圓滿成功，填補了我國在海上發(fā)射火箭的技術(shù)空白，為我國火箭快速進(jìn)入太空提供了新的發(fā)射方式，也再次驗證了中國科技、中國力量不斷向上的實力。

什么是海上火箭發(fā)射？

大家可以來到中國科學(xué)技術(shù)館的“海上火箭發(fā)射”展臺近距離體驗海上火箭發(fā)射。該展臺通過火箭模型與發(fā)射平臺實景，還原了中國首次海上火箭發(fā)射的情境，組合電動裝置、視頻、火箭落體實物等，使觀眾身臨其境感受中國首次海上發(fā)射火箭的震撼，并通過多媒體互動屏展示的豐富知識與趣味性內(nèi)容，動態(tài)演繹出火箭發(fā)射的全過程。

所謂海上火箭發(fā)射，就是通過在海上興建固定或移動火箭發(fā)射平臺的方式，為運載火箭提供可以在海上進(jìn)行發(fā)射的條件。它由發(fā)射平臺、總裝指揮船（ACS）、運載火箭等部分組成。

我國長征11號運載火箭海上發(fā)射任務(wù)，采用移動式火箭發(fā)射平臺的模式。該發(fā)射平臺由大型半潛式駁船改裝，甲板面積十分巨大，長110米、寬近80米，面積超過一個標(biāo)準(zhǔn)足球場。由它改裝的發(fā)射平臺，可以同時容納火箭、各種保障車輛以及設(shè)備。同時，該發(fā)射平臺具備在五級海況下的運輸能力和三級海況下的發(fā)射能力。

為什么要進(jìn)行海上火箭發(fā)射？

這是因為全球微小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)生了許多基于微小衛(wèi)星開展業(yè)務(wù)應(yīng)用的發(fā)射需求，特別是在大量微小衛(wèi)星，如小衛(wèi)星、微衛(wèi)星、納衛(wèi)星等待部署的情況下，涌現(xiàn)出了對火箭發(fā)射的經(jīng)濟性、可靠性和快速響應(yīng)能力的迫切需求。為滿足這一市場領(lǐng)域的發(fā)射需求，人類開啟了海上火箭發(fā)射的研究。

海上火箭發(fā)射的優(yōu)勢有哪些呢？

相比傳統(tǒng)的陸上發(fā)射場，海上發(fā)射平臺對周邊地區(qū)的生產(chǎn)、生活基本不會產(chǎn)生干擾。通過靈活選擇發(fā)射點，可以最大限度地將航區(qū)、落區(qū)分布在無人海域，從而有效避免火箭殘骸對地面人員、財產(chǎn)等造成的風(fēng)險，具有極高的安全性。同時，也因為突破對航區(qū)、落區(qū)選擇的局限性，可以更加優(yōu)化彈道設(shè)計，最大程度地發(fā)揮出火箭的運載能力。

根據(jù)軌道動力學(xué)規(guī)律，當(dāng)目標(biāo)軌道傾角低于發(fā)射場緯度時，需進(jìn)行降低傾角的軌道機動。軌道高度越低，這種機動消耗的能量越多，運載火箭和航天器動力系統(tǒng)的能力損失就越大。對于低傾角低軌衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，如在我國陸地火箭發(fā)射場發(fā)射，降傾角機動所需能量消耗過大。若火箭從更低緯度海上地區(qū)發(fā)射，則可免去降傾角軌道機動，減少能量的消耗。火箭還可以充分利用赤道上地球自轉(zhuǎn)的附加速度，從而節(jié)省燃料；而對于靜止軌道衛(wèi)星則可直接發(fā)射入軌，無須耗用衛(wèi)星所攜帶的燃料進(jìn)行變軌，更加經(jīng)濟、便捷。

對于中高傾角發(fā)射任務(wù)，海上火箭發(fā)射平臺除了移動到最佳發(fā)射位置外，還可以通過調(diào)整火箭發(fā)射方向來實現(xiàn)，增強了發(fā)射的靈活性和適應(yīng)性。

海上火箭發(fā)射到底有多難？

海上發(fā)射好處多，難度也大。

相比陸基發(fā)射臺，起伏波動的海上平臺，首先要在晃動情況下確?；鸺焖僬业阶约旱臏?zhǔn)確位置，也就是海上動基座瞄準(zhǔn)技術(shù)。目前我國的海上火箭發(fā)射平臺已具備三級海況下的發(fā)射能力。

其次，為了進(jìn)一步保障火箭能夠正常入軌，還需要技術(shù)人員為它編制計算程序，使火箭擁有智慧的大腦。

這樣才能在發(fā)射后自主校準(zhǔn)控制飛行路線，實現(xiàn)“我的飛行我做主”。

另外，為了保障平臺上火箭及人員的安全，長征11號運載火箭在發(fā)射船上發(fā)射，控制火箭發(fā)射則在另一艘距離該發(fā)射平臺2千米的指揮船上，這就需要前后端無線遠(yuǎn)控技術(shù)來實現(xiàn)。

此外，考慮到海上火箭發(fā)射平臺場地限制，長征11號運載火箭還以箭星組合體形式整體出廠，由總裝廠經(jīng)鐵路、公路運輸至港口，到達(dá)港口后經(jīng)過兩三天測試準(zhǔn)備隨即登船，再航行到指定海域后發(fā)射。

為什么要用長征11號進(jìn)行海上火箭發(fā)射呢？

長征11號運載火箭為四級固體運載火箭，全長20.8米、箭體直徑約2米、起飛質(zhì)量58噸、起飛推力120噸，700千米太陽同步軌道運載能力可達(dá)350千克、低軌運載能力700千克。全箭由一子級、二子級、三子級、上面級和衛(wèi)星整流罩等箭體結(jié)構(gòu)及箭上的推進(jìn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)與姿態(tài)控制系統(tǒng)等組成。CZ-11海射型火箭可將有效載荷發(fā)射到高度200～1000千米、傾角從太陽同步軌道到近赤道軌道范圍的各種低地球軌道，為全球微小衛(wèi)星提供了一種更加靈活、可靠和經(jīng)濟的新型發(fā)射服務(wù)。

我國首次海上發(fā)射任務(wù)之所以選擇這款型號，主要因其為固體燃料火箭。在海上發(fā)射的條件下，固體燃料火箭無須臨時加注的優(yōu)勢，可以省下很多不必要的麻煩。長征11號運載火箭可以提前填充好燃料并長期貯存，不用像液體火箭那樣在發(fā)射前進(jìn)行燃料加注，簡化了發(fā)射流程。

長征11號運載火箭的研制與應(yīng)用，為全球微小衛(wèi)星業(yè)界提供了更加安全、靈活、可靠和經(jīng)濟的新型發(fā)射服務(wù)，以其為代表的長征火箭家族，將以更加優(yōu)良的發(fā)射服務(wù)推動全球航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。