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獨家解密中國航天“海射首秀”幕后

首次海射不僅填補了我國在該領域的空白,也為商業航天帶來了更多想象空間。

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《中國經濟周刊》 記者  陳惟杉 | 北京報道

責編:郭芳

編審:張偉

(本文刊發于《中國經濟周刊》2019年第12期)

6月10日,國家國防科技工業局、中央軍委裝備發展部發布《關于促進商業運載火箭規范有序發展的通知》(下稱《通知》),這被外界視為我國首個對商業運載火箭進行細則指導的官方文件。

《通知》提出,“鼓勵商業運載火箭健康有序發展,進一步降低進入空間成本,補充和豐富進入太空的途徑,大力推進航天運輸系統技術和產業創新,加快提升我國進入空間的能力和國際市場競爭力。”

而海上發射被視為“進一步降低進入空間成本,補充和豐富進入太空的途徑”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顆衛星送入軌道,這是我國首次在海上發射運載火箭。

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

對此,有商業航天業內人士并不感到意外,因為“海射本身就是極具商業色彩的行為”。

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

“海射首秀”真正難點何在?

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”海上發射技術試驗后,中國科學院研究員、長征十一號運載火箭原總指揮楊毅強被媒體問及是什么心情,他回答稱:酸甜苦辣,五味俱全!就像自己養的孩子,又不在身邊了。

據了解,2016年以來,已進行了多輪固體運載火箭海上發射工程的論證、技術攻關和研制工作。

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射,但其實在20世紀60年代意大利便在印度洋建立了第一個移動式赤道發射場——圣馬科發射場進行海射。

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

相比于陸地發射,海上發射的技術難點主要體現在哪里?

“難點主要體現在四個方面。”楊毅強向記者介紹說,首先是火箭要能夠在有風浪的情況下發射,適應一定海情,“要能夠控得住。”據了解,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定性。其次是陸地發射場火箭測試點火發射都是通過光纖電纜實施,而在海上發射只能用無線方式。第三點是瞄準問題。第四點是火箭的安控問題。在陸地上,測控網有一套完整的安全控制系統,火箭可以進行自毀,發射場的安控部門可以對火箭進行炸毀,但進行海上發射時不可能將眾多設備搬到海邊或海上,因此就需要設計一套自主智能安控系統。

他向記者解釋說,通過專門增加一套箭上計算機和一套北斗導航接收機,實時計算火箭位置,“保證火箭在安全管道內飛行,超出‘管道’時火箭會自毀。相當于把地面安控的規則置于箭上計算機中,由火箭自己來智能化處理。”

“一級火箭發動機的姿態控制、動基座下的瞄準、自主安控、無線測發控,可以說解決好了這幾個問題,海上發射就完全成熟了。”楊毅強說。

除了技術層面的問題,海射的前期工作量還包括統一對海射的認識、組織協調,以及一些政策性問題的突破上。這個過程中經歷了無數次反復溝通和協調。

比如運輸問題,將火箭運到海上,安監部門完全可以對船本身的防爆能力提出疑問。但對于航天領域專業人士來說,并不像想象中的那么難,相關措施只要采取到位,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,“雖然發射過程只有一瞬間,但此前的協調工作量極大。”

“未來海射應急發射能力會極大增強”

首次海上發射帶來的挑戰不僅存在于火箭發射環節,對于首批海射的7顆衛星而言亦是如此。

“客觀地說,這是我國第一次進行海射,在已有條件下海射對衛星的環境適應性提出了更高要求。”長光衛星技術有限公司(下稱“長光衛星”)“吉林一號”高分03A星總師陳茂勝告訴《中國經濟周刊》記者。“吉林一號”高分03A星是首批海射的7顆衛星之一。

對于衛星公司而言,參與首次海上發射與以往的陸地發射有何不同?

陳茂勝向記者解釋說,在陸地發射時,衛星在出廠后直接運往發射基地,此后的工作主要在發射場的技術區和發射區開展,地理位置非常接近。

“參與首次海射,以往在發射場技術區進行的工作其實是在北京某廠房中進行的,在進行技術測試、狀態檢查,完成星箭對接后,衛星隨運載火箭一起經鐵路、公路運輸到達山東海陽港,再在海陽港完成以往在發射場發射區的工作,然后通過海運到達目標區域進行發射。”

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,與以往地方發射不同的是,海上發射要求衛星提前25?30天裝箭,一般情況則為提前15天。

但陳茂勝認為,隨著首次實踐驗證完成,以后肯定會更快,“如果把技術區和發射區環境都改善了,衛星直接運到指定的港口,應急發射的能力應該會出現極大的增強。”

“我個人認為,未來的狀況是在‘一南一北’各建一個航天港,現在的碼頭是臨時拼湊的,將來要建設技術廠房,成為母港。”楊毅強告訴《中國經濟周刊》記者,同時應該建設專用的海上發射船,把火箭和衛星的儲存、火箭的測試、衛星的對接、發射和測控結為一體。

他認為,這種設想完全可以和“一帶一路”倡議結合,東南亞、中東、歐洲有許多發射需求,海上發射船不需要靠岸,行駛到公海,用直升機把衛星吊上來進行發射。“現場估計不超過100人就可以完成。”

p29 6 月5 日,天鏈測控北京中心,我國首次海射的測控現場。

6 月5 日,天鏈測控北京中心,我國首次海射的測控現場。

節省成本!海射為商業航天帶來了哪些可能?

作為中國航天領域的權威專業人士,楊毅強分析說,“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射,減緩內陸發射帶來的疏散,以及國家發射任務與商業發射沖突的問題。

“我國的發射場多在內陸地區,決定了一些特殊射向的火箭發射難度較大,比如從酒泉向東發射火箭,就要經過華北、華東等人口稠密的地區。”

因為跨區域大,就會擔心火箭殘骸落到屋頂、農田的情況發生,“再加上以前荒無人煙的地方,現在經過開發后人口密度增大,所以落點越來越難找,海上發射應該是未來的一個趨勢。”

而位于南方的航天港則主要滿足低緯度的發射需求。

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

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

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

楊毅強向《中國經濟周刊》記者介紹說,海南文昌發射場所在緯度尚有北緯19度,而在開展海射的前期準備工作時曾論證過到北緯兩度的海域進行發射。

當然,并非所有軌道類型的衛星都以在靠近赤道的地區發射為最優選擇。“如果發射太陽同步軌道衛星,在赤道附近發射的優勢就不大。”楊毅強說。

“在赤道附近非常適合發射地球靜止軌道衛星。”陳茂勝向《中國經濟周刊》記者解釋說,從發射場向東發射衛星時,可使衛星的飛行軌道與最終軌道靠近同一平面,節省機動到地球靜止軌道所需的燃料。但并不是說在赤道附近發射就一定是最好的選擇,其只是可獲得地球最大自轉速度。對于不同目標軌道要靈活選取發射地點,盡可能直接一步將衛星送到后續應該進入的軌道,這也是海射顯著的優勢。楊毅強也認為,陸地發射場的布局使得發射選擇很受限,火箭對衛星軌道的適應性變差。

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

而有商業航天業內人士向記者透露,海射下一步可能會探索發射太陽同步軌道衛星,“這是目前國內很多衛星需要,或者更多使用的一個軌道,其技術難度也會有所提升。”

對于地球靜止軌道的需求有多大的問題,楊毅強認為,很多時候需求和技術進步是互相驅動的,不是說有了市場需求再搞技術創新,也不是說技術創新必須以市場需求作為依據,“如果我們擁有了更多發射地球同步軌道衛星的能力,大家都會考慮怎么去用這個軌道。”

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

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

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

而有航天業內人士向記者直言,當初嘗試海上發射的原因之一便是“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,而發射場的價格多在千萬級別。”

商業測控網應用,商業航天迎“歷史性突破”

“第一次海上發射是歷史性的,對于商業航天領域來講,這一天也是歷史性的,商業測控公司歷史上第一次全程保障一次火箭的發射。”楊毅強認為,從測控角度講,今天標志著商業測控網由過去的試驗、展示、驗證,進入到一個工程可以實用的階段了。

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

劉穎向《中國經濟周刊》記者介紹說,對火箭的跟蹤測量十分考驗技術團隊的實力,“與跟蹤衛星不同,衛星入軌后,會按照預定軌道重復運轉。每一圈都可以進行任務,無非是發送指令或接收數據稍有延遲。而火箭發射只有一次,飛行過程很短,對時效性和穩定性要求特別高。”

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

據劉穎介紹,除一套固定站位于寧波外,另外3套皆為機動站,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,因此準備了兩套設備,互為備份。”

海上發射對地面測控站的機動性要求在劉穎看來更高,“必須根據火箭發射的彈道來布設地面站,比如火箭往南發射,在北邊布站沒有意義。”除去對機動性要求的提高,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,缺少相當一部分保障設備,而陸地上的發射場經過多年建設,通信網絡、氣象等保障措施比較完善,這是海上和地面一個很大的區別。”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工作,“設備的測試調試經過了較長時間,特別是近半年來,我們全部都瞄準這個任務在準備。”劉穎介紹說。



2019年第12期《中國經濟周刊》封面

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