海上發射公司的技術巔峰

文/ 小火箭

海上發射公司的技術巔峰

文/ 小火箭

▲ 海洋奧德賽號海上發射平臺是一個120米長，69米寬，擁有1.245萬馬力動力的自航半潛式平臺

由美國波音公司商業空間分公司、俄羅斯能源火箭公司、烏克蘭南方設計局、挪威克瓦納集團等四大集團組成的海上發射公司，包攬了從衛星平臺到運載火箭再到船舶這三大領域的技術巔峰。

平臺

海上發射公司用于發射運載火箭的平臺叫做海洋奧德賽號。這座平臺一開始并不是為了海上發射專門設計的，而是日本住友重機械工業株式會社在1983年建成的海上移動石油勘探和鉆井平臺。該鉆井平臺被美國船級社認定為+A1 +AMS級。

這個120米長，69米寬，擁有1.245萬馬力動力的自航半潛式平臺被認定的這個級別，并且擁有這樣的設計，意味著什么呢？

意味著強悍的海上穩定能力。該鉆井平臺能夠同時應對100節的風速+110英尺的浪高和3節的暗流。翻譯成咱們常見的單位，100節的風速也就是190公里/小時，也就是54米/秒的風速。要知道，12級臺風的風速為37米/秒。54米/秒的風速，按風級對應為17級超強臺風（四級颶風）。110英尺的浪高相當于33.5米。

原本設計用來在阿拉斯加海域的驚濤駭浪和刺骨寒風中獨立鉆探的平臺擁有比較完備的環境控制系統和完全封閉的生活區（支持68人長期居住），平臺甚至對鉆頭都可進行溫控。在-35℃的環境中，平臺可以藐視一般的風浪，進行持續作業。

海上發射公司成立后，波音和挪威克瓦納幾乎同時看中了這個平臺。巨大的抗風浪能力、充足的電力供應、完備的環境控制系統，這簡直是為運載火箭的海上發射活動量身打造的。用克瓦納的工程師的話說，就是：即使是從頭設計，從零開始建造，我們最后能夠拿出來的平臺最多也就是這個樣子了。

上世紀90年代，海洋奧德賽號鉆井平臺被拖到克瓦納集團的維堡造船廠進行升級改造。維堡這個地名，熟悉第二次世界大戰歷史的讀者或許一下子就認出來了。這座在圣彼得堡西北方113公里處的港口城市，歷史上曾多次易主。1940年，冬季戰爭之后，芬蘭將這座堡壘港灣割讓給了蘇聯。

1997年5月，煥然一新的奧德賽號下水。挪威克瓦納集團的工程師把它打造成了一個海上發射平臺。他們延長了平臺，增加了火箭發射場的設備。改造后奧德賽號長132.91米，寬67.02米，最大吃水深度34.51米。空載排水量2.7萬噸，滿載排水量4.59萬噸。8臺羅羅公司的卑爾根KVG/B-12發動機給奧德賽提供了強大的動力。這樣的發動機，單臺功率就高達1550馬力！

在準備發射火箭的時候，奧德賽平臺會進入半潛狀態，以進一步增強穩定性。這個能夠抵抗17級大風和34米巨浪的平臺，是能夠在赤道海域的風浪中淡定從容地工作并經受住火箭發射時的巨大噴流的。

平臺的續航能力如何？還是不錯的。在赤道附近海域、挪威或者俄羅斯的港口還有加拿大不列顛哥倫比亞省西南部首府地區的埃斯奎莫爾特鄉的港口都能看到奧德賽號的身影。

火箭

說完了由挪威克瓦納集團改造的奧德賽海上發射平臺，再來說說運載火箭本身吧！

蘇聯在1970年代開始了一個野心勃勃的大型運載火箭系列計劃，準備以同一款大推力火箭發動機為基礎，發展多種發動機型號和運載火箭型號。這個計劃進行得比較順利。實際上，天頂號火箭是蘇聯解體前發展出來的技術含量最高的一款火箭。火箭尾部的四個大噴管屬于同一臺發動機。

負責這個火箭項目的設計局值得一說。天頂號是由導彈設計大師米哈伊爾·庫茲米奇·楊格爾牽頭成立的南方設計局的項目。雖然該設計局（蘇聯內部代號586設計局，或者按某些地方的習慣，叫做586所）在接手天頂號火箭項目的時候，所長楊格爾已經去世5年了，但是他的副手完全有能力把設計局撐起來。

這個人便是楊格爾的學生、副手：弗拉基米爾·烏特金。他是包括SS-18撒旦洲際彈道導彈在內的多款導彈的總設計師。其脫密后，被后人尊為蘇聯導彈“教父”。

烏特金提出了天頂號火箭的最大技術特點：火箭具有環境友好性，且具備超強的載荷能力，還要讓發射工序實現完全無人化。

火箭被機械裝置自動吊裝在發射臺上并連上地面控制管線，其后在發射準備、點火或因發射任務取消而須從發射臺上撤下時都不需要進行手動操作，從而大大減少了因發射事故導致人員傷亡的可能性。此外，天頂號的發射臺不包含任何在發射時有可能被燒毀的設備，因此在發射完成5小時之后，就可以再次進行發射。

1985年4月13日，第一枚天頂號運載火箭從拜科努爾發射場發射，雖然沒有把模擬的有效載荷送入軌道，但是RD-171發動機工作正常。問題出在第二級的RD-120發動機上。

1987年5月15日，蘇聯發射了第一枚能源號運載火箭。然而，到了1988年11月15日，隨著能源號的最后一次發射，所有的大型航天項目都面臨著被終結的命運。到了上世紀90年代初，這個紅色帝國倒下的時候，RD-170系列也終于和蘇聯的火箭暫時告別了。

后來，美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威的四大集團共同投資的海上發射公司成立了。天頂號火箭帶著RD-170發動機一起，獲得了新生。這枚起飛質量達465.8噸的火箭由1臺RD-171液氧煤油火箭發動機托起。

天頂號運載火箭長58.653米，直徑3.91米，發射質量465.8噸。近地軌道運載能力為13.51噸，地球同步轉移軌道運載能力為6.06噸，

▲ 海上發射公司的天頂號運載火箭正在發射

地球靜止軌道運載能力為3.608噸。哈！看到近地軌道運載能力13.51噸這個參數，眼熟吧！是的，中國的長征七號運載火箭的近地軌道運載能力同樣為13.5噸左右。但是，設計得已經足夠優化的長征七號運載火箭的發射質量為597噸。擁有相近的運載能力，但是長征七號火箭足足比天頂號運載火箭重了131.2噸，也就是重了28.17%。

同為比較優秀的兩款運載火箭，一款代表蘇聯時代的最高設計水平，一款是即將在今后承擔我國主力發射任務的主力軍，為何起飛質量差這么多？實際上，這體現了海上發射的優勢。長征七號運載火箭如果在赤道海域發射的話，運載能力將會遠超天頂號運載火箭。等著瞧吧！

天頂-3運載火箭的第一級與天頂-2運載火箭通用。天頂火箭第一級長32.91米，直徑3.91米，空重27.563噸，發射質量354.352噸，氧化劑質量236.567噸，燃料質量90.219噸。

天頂號運載火箭的第二級通過帶有濃郁蘇聯風格的桁架結構級間段與第一級相連。我們在聯盟火箭和某些國家的洲際彈道導彈上能夠看到類似的結構。

那么，問題來了。海上發射的成功率到底如何呢？筆者統計了1999年3月至今的海上發射公司所有的發射活動，共36次，其中32次成功，1次部分成功，3次失敗，成功率為88.89%，按最終入軌成功率來說，為91.67%（把部分成功那次算成功），對于一款商業貨運運載火箭來說，算是中規中矩。

▲ 起豎天頂號運載火箭

▲ 海洋指揮者號，長203米，寬32米，吃水8米，滿載排水量3萬噸，續航能力3.3萬公里

大船

實際上，整套海上發射系統不僅有發射平臺和運載火箭，還需要一艘指揮控制船（該船平時還作為貯存和運輸運載火箭之用）。指揮艦、發射平臺與運載火箭三個子系統構成了整套海上發射系統。

名為“海上指揮者”的大船是挪威克瓦納集團研制的。海洋指揮者號在克瓦納集團的蘇格蘭格拉斯哥造船廠建造。說起格拉斯哥，可是大船的搖籃了，甚至可以說是工業革命的圣地。全世界工程師都應該知曉這個地方。公元1736年，一個叫詹姆斯·瓦特的人誕生在蘇格蘭格拉斯哥的郊區小鎮。這個瓦特就是那個后來大幅改進了蒸汽機的瓦特。他后來沒有離開故鄉，而是就近在格拉斯哥成立了公司，賣出了1166臺蒸汽機。在維多利亞時代，成為蒸汽機的誕生地的格拉斯哥有多厲害？當時全世界性能強勁的蒸汽機和船舶大多產自格拉斯哥。該城市是繼倫敦和巴黎之后，第三個人口超過100萬的歐洲城市，被譽為大英帝國第二城。直到今天，格拉斯哥依然是英國造船業的核心城市，英國皇家海軍的大量軍艦就誕生在這里。

1997年在格拉斯哥下水的海洋指揮者號，長203米，寬32米，吃水8米，滿載排水量3萬噸，續航能力3.3萬公里。

天頂號運載火箭是從船屁股這里登船的。在長途運輸時，天頂號運載火箭存放在海洋指揮者號內。臨發射前，海洋指揮者號會用尾部接駁在奧德賽號上，然后平移火箭。到達平臺底部的火箭接著被吊運到平臺頂層。當然，平臺本身也能較長時間地維護火箭。有時為了等待發射時機，奧德賽平臺可以帶著起豎狀態的天頂號運載火箭靠港休息。

運營

眾所周知，影響一家商業航天公司發展前途的關鍵乃至是影響整個商業航天產業的關鍵就是商業訂單的數量和金融層面的注資情況。海上發射公司早期運營的成功得益于兩大衛星供應商的信任和大力支持。

1995年，也就是海上發射公司成立的當年，休斯空間與通訊公司就和該公司簽訂了首份發射合同。這在商業航天行業中是極其罕見的。休斯空間與通訊公司發射了世界上第一顆地球同步衛星和第一顆地球同步軌道氣象衛星。在被波音公司收購之前，世界上有40%的人造衛星是休斯空間與通訊公司生產的。可以說，休斯在當時是全世界衛星行業的翹楚。而休斯公司在海上發射公司成立伊始主動拋出橄欖枝，請求海上發射公司接單的做法，為海上發射迅速獲得行業關注和認可做出了突出貢獻。

▲ 移動的指揮船乘風破浪前進

休斯的訂單意味著海上發射公司這家初出茅廬的企業獲得了行業老大的認可，其專業性和規范性自有休斯公司為其背書。這是其早期得以成功的一個重要原因。

▲ 挪威克瓦納集團是歐洲最大的海上鉆井平臺和船舶制造公司

而且，休斯公司送給海上發射公司的“見面禮”是厚重的。首份發射合同并不是一顆技術驗證星，也不是簡易的搭載衛星，而是貨真價實的商業衛星，而且合同中要求的發射數量是10顆，并非之前人們猜測的1顆。

這些都使得海上發射公司在成立伊始就在行業內站穩了腳跟。手里捏著10顆商業衛星的發射訂單，而且是休斯公司的，這給海上發射公司賦予了十足的信心。對于行業內其他潛在客戶來說，休斯的訂單無疑是一顆定心丸，其影響力遠勝過海上發射公司自身的宣傳。

實際上，休斯公司給海上發射公司的首次發射合同中，除10顆確認要發射的衛星之外，還有10顆衛星的意向訂單。這樣的合同給海上發射公司帶來了重大利好。而如果我們現在回頭看本世紀的那次并購的話，或許可以對此稍有理解：不久之后，休斯公司的太空業務就被波音公司收購了，而波音公司擁有海上發射公司40%的股權。又有誰能夠否認這其中沒有長期資本運作的謀劃呢？

另一家大力支持海上發射公司的衛星企業是勞拉空間公司。這家位列全球第五的衛星供應商在地球同步軌道衛星的軌道保持技術和高精度姿態控制系統方面享譽世界。勞拉公司給海上發射公司送來了5顆衛星的發射合同。這使得海上發射公司又獲得了地球同步軌道發射業務的行業認可。

除發射合同之外，另一個影響商業航天企業運營的關鍵因素是資金。在海上發射公司創立之初，資金還是比較充裕的。總部位于俄亥俄州哥倫布市的大通曼哈頓銀行是由大通國家銀行和曼哈頓公司銀行于1955年合并而成立的。隨后大通銀行與JP摩根公司在2000年合并，躋身美國四大銀行（摩根大通、富國銀行、美國銀行、花旗銀行）之列。摩根大通銀行給成立之初的海上發射公司注資4億美元。這筆貸款成為海上發射公司得以成功實現早期的發射活動的主要資金來源。

另外，世界銀行也對這家美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威四個國家的頂級技術團隊聯手打造的商業航天公司表現出了濃厚的興趣。世界銀行為海上發射公司提供了1.75億美元的低息長期貸款。

在公司成立伊始就獲得了充足的發射訂單和運營資本的海上發射公司沒有被好運氣沖昏頭腦。公司的發射業務團隊認為，海上發射的可靠性還未得到充分驗證，手里拿到的15個發射訂單和10個意向訂單如果不能按時完成的話，將會損害海上發射公司的聲譽。

于是，海上發射公司團隊想出了一個共贏的方案，他們聯合日本三菱重工和歐洲的阿里安火箭發射公司組成了發射訂單共享聯盟。在聯盟的協議中，我們能夠得知，一旦當海上出現臺風、颶風或者其他災害性天氣以及局部地區出現戰爭而對發射時間產生不利影響時，海上發射公司可以把訂單交由日本的三菱重工或者歐洲的阿里安，由他們代為完成發射業務，共享發射利潤。

制表：邢強注：2004年6月28日的那次部分成功，是海上發射公司發射亞太5號通信衛星時，火箭推力稍有不足，未能將衛星送入預定軌道，但后來衛星憑借自己的力量還是成功入軌。該衛星目前依然在軌道上正常工作，并預計將工作到2018年。

在2004年，這項未雨綢繆的協議還真的起到了保險的作用。海上發射公司在當年把1次商業發射業務交由阿里安火箭公司代為完成。

另外就是這樣的發射聯盟可以給海上發射公司充足的時間來應對由發射失敗帶來的問題。

2007年1月30日，海上發射公司的天頂- 3SL運載火箭在發射荷蘭NSS-8通信衛星時，突然發生爆炸，在洋面上升起一個遠遠大于發射平臺的火球。萬幸的是，按照標準發射流程，所有的工程師都在發射前從平臺上撤離了，因此爆炸并未造成人員傷亡。

海洋奧德賽號發射平臺受損。除上層的發射服務設施被燒灼外，平臺下部的尾焰導流器也被爆炸的沖擊波震裂，部分導流設備墜入海中，難以打撈。無奈之下，海上發射公司只得將海上發射平臺運往加拿大進行修理，停靠在緊鄰不列顛哥倫比亞省維多利亞的西邊的加拿大海軍愛斯奎馬特基地附近。工程師們認定，在2007年8月份之前，海洋奧德賽號發射平臺都無法進行海上發射活動了。但是，休斯公司與海上發射公司簽署的發射合同中，有1顆衛星是需要在2007年3月底之前入軌的。

這樣，海上發射公司再次找到了阿里安火箭公司，并最終借用阿里安-5型運載火箭將太空-3號衛星送入預定軌道。而在加拿大進行維修的海洋奧德賽號海上發射平臺在2007年7月31日終于得以離開加拿大海軍基地旁邊的船塢，獲得了新生。經工程師審定，在2007年9月份，海洋奧德賽號重新擁有了海上發射的能力。

影響商業航天公司長期運營結果的另一個重要因素就是人力成本。作為美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威4個國家的工程師組成的商業航天公司，在溝通合作的過程中，需要付出更多成本。畢竟在面臨商業發射的技術問題的同時，還需要充分照顧來自不同國家，擁有不同生活習慣和文化背景的工作人員。

不過，海上發射公司在這方面做得也是比較好的。通過優化發射流程，這個多國部隊式的組合總共只需要310人就能夠完成全部的海上發射活動。這相較于傳統的陸地上的航天發射中心動輒上千人的團隊規模來說，的確小了很多。★

陳彩連