海上發(fā)射平臺(tái)未來前景

中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院 白雪梅 洪鴻雁

2019年6月5日，我國(guó)在黃海海域用長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭成功完成“一箭七星”海上發(fā)射技術(shù)試驗(yàn)，標(biāo)志著我國(guó)成為世界上第三個(gè)掌握海射技術(shù)的國(guó)家。中國(guó)的這次海射試驗(yàn)引起了掌握該項(xiàng)技術(shù)的先驅(qū)——俄羅斯的關(guān)注，俄羅斯航天政策研究所所長(zhǎng)向俄羅斯衛(wèi)星通訊社表示，中國(guó)史上首次運(yùn)載火箭海上發(fā)射是世界級(jí)的成功，證明了中國(guó)在研究和利用太空領(lǐng)域能力的提升。

國(guó)外海上發(fā)射平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

采用海上平臺(tái)發(fā)射相比傳統(tǒng)的陸基發(fā)射臺(tái)，主要具有兩大明顯優(yōu)勢(shì)：一是海上發(fā)射可以靈活選擇發(fā)射點(diǎn)，有效解決落區(qū)安全性問題；二是降低火箭發(fā)射和衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)成本。國(guó)外海上火箭發(fā)射構(gòu)想已久，發(fā)展至今已經(jīng)有五十余年的歷史，大體經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。

1、第一階段（1965年-1994年）美歐主導(dǎo)前期研究

1964年-1988年，意大利羅馬大學(xué)和美國(guó)NASA從位于肯尼亞海岸的“圣馬科”固定平臺(tái)上發(fā)射過多枚航天器。意大利國(guó)家空間項(xiàng)目構(gòu)想開始于20世紀(jì)60年代，1962年決定在非領(lǐng)海建造發(fā)射平臺(tái)，并命名為“神圣的象征”（Saint Mark)，意大利首個(gè)空間項(xiàng)目圣馬科（San Marco）也由此得名。圣馬科發(fā)射場(chǎng)位于非洲東部肯尼亞東海岸的恩格瓦納海灣，于1966年投入使用，最初用于美國(guó)研制的“偵察兵”運(yùn)載火箭，主要發(fā)射“探險(xiǎn)者”號(hào)軌道探測(cè)器、空間電火箭試驗(yàn)衛(wèi)星以及軍用秘密衛(wèi)星，同時(shí)也為歐洲國(guó)家發(fā)射一些科學(xué)探測(cè)和試驗(yàn)方面的衛(wèi)星。圣馬科發(fā)射平臺(tái)包括兩個(gè)不同類型的平臺(tái)，一個(gè)做火箭發(fā)射臺(tái)，另一個(gè)是控制發(fā)射的指揮所。圣馬科發(fā)射場(chǎng)的成功驗(yàn)證了運(yùn)載火箭海上發(fā)射的可行性，突出了海射火箭高效率、低成本等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)為海上發(fā)射公司的成立提供了參考信息。

2、第二階段（1995年-2009年）美歐俄主導(dǎo)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)

1995年，美國(guó)波音公司、挪威阿克公司（Aker Solutions）、烏克蘭南方設(shè)計(jì)局（KB Yuzhnoye/PO Yuzhmash）和俄羅斯Energia火箭公司四國(guó)四家公司共同出資組建了海上發(fā)射公司(Sea Launch venture)，該公司也是目前世界上唯一提供海上發(fā)射服務(wù)的國(guó)際化公司。1999年3月，海上發(fā)射公司在其海上發(fā)射平臺(tái)“奧德賽”號(hào)上成功發(fā)射了第一枚運(yùn)載火箭。該平臺(tái)是由日本住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社在1983年建成的海上移動(dòng)石油勘探和鉆井平臺(tái)改造而成。該平臺(tái)120米長(zhǎng)，69米寬，擁有1.245萬(wàn)馬力動(dòng)力，空載排水量為30000噸，水下排水量為50600噸。

此后海上發(fā)射公司陸續(xù)執(zhí)行商業(yè)發(fā)射任務(wù)，但是成功率不高，商業(yè)運(yùn)行也不順暢。由于受債務(wù)問題、發(fā)射失利等諸多問題困擾，2009年6月22日，海上發(fā)射公司宣告破產(chǎn)。

圖1. “圣馬科”海上發(fā)射平臺(tái)

表 海上發(fā)射公司構(gòu)成情況

3、第三階段（2010年至今）曲折發(fā)展

2010年，海上發(fā)射公司重組，重組后俄羅斯能源火箭公司占95%的股份，美國(guó)波音公司占3%，挪威公司占2%。重組后，海上發(fā)射公司繼續(xù)進(jìn)行商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射活動(dòng)。然而2013年搭載荷蘭“國(guó)際通信衛(wèi)星-27”的“天頂-3SL”運(yùn)載火箭從太平洋海域發(fā)射升空，由于一級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉導(dǎo)致火箭墜入發(fā)射平臺(tái)附近海域，給海射公司業(yè)務(wù)發(fā)展帶來打擊。自首飛開始至2014年，海射公司共執(zhí)行36次發(fā)射任務(wù)，其中32次成功，1次部分成功，3次失敗，成功率為88.89%。

由于俄羅斯與烏克蘭的緊張關(guān)系以及其他原因，海上發(fā)射公司業(yè)務(wù)于2014年暫停，并于2016年進(jìn)行項(xiàng)目銷售談判。2016年9月，俄羅斯S7集團(tuán)成為海上發(fā)射公司的所有者，包括海上發(fā)射指揮船、“奧德賽”號(hào)發(fā)射平臺(tái)、地面設(shè)備以及海上發(fā)射公司包括商標(biāo)在內(nèi)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。從俄羅斯航天局網(wǎng)站發(fā)布的最新消息獲悉，S7集團(tuán)已明確表示將重啟海上發(fā)射業(yè)務(wù)時(shí)間表，計(jì)劃于2019年底恢復(fù)，該公司已開始重新激活海上發(fā)射設(shè)施，打算于2019年12月至2022年間用海上浮動(dòng)發(fā)射平臺(tái)進(jìn)行12次發(fā)射。第一次發(fā)射定于2019年12月舉行，2020年計(jì)劃舉行3次發(fā)射，2021年與2022年各安排4次發(fā)射。S7集團(tuán)海上發(fā)射系統(tǒng)包括：

圖2 “奧德賽”海上發(fā)射平臺(tái)及總裝與指揮控制船

圖3 我國(guó)首次在黃海海域成功實(shí)施運(yùn)載火箭發(fā)射技術(shù)的海射平臺(tái)

發(fā)射平臺(tái)：長(zhǎng)132米，寬67米，原為北海油田的一座石油鉆井平臺(tái)，遭火災(zāi)破壞，經(jīng)挪威夸納海事集團(tuán)負(fù)責(zé)修復(fù)并改建成發(fā)射平臺(tái)，定名為“海洋奧德賽”，重達(dá)3.1萬(wàn)噸。平臺(tái)配有兩套動(dòng)力裝置使它具有自主航行的能力，航速可達(dá)12節(jié)左右。海上發(fā)射場(chǎng)平臺(tái)上新建的空調(diào)廠房可容納多枚火箭，并可為20名工作人員提供全套生活保障設(shè)施。平臺(tái)為半潛式，下方有兩排浮筒，當(dāng)準(zhǔn)備發(fā)射之前，浮筒會(huì)灌入大量海水，從而下潛到發(fā)射壓載深度，排水量也會(huì)提高到4.6萬(wàn)噸，通過這種方式增加發(fā)射時(shí)的穩(wěn)定性。

總裝指揮船（ACS）：長(zhǎng)201米，排水量為3.4萬(wàn)噸，可容納240名船員。甲板下有一長(zhǎng)度67米的巨大車間用于存放和組裝工作，能并排存放3枚完成總裝的火箭，而且每枚火箭周圍都有足夠的工作空間。由挪威夸納海事集團(tuán)提供，用以進(jìn)行火箭的總裝，并實(shí)施發(fā)射指揮。

運(yùn)載火箭：運(yùn)載火箭為“天頂”(Zenit)號(hào)運(yùn)載火箭，海射型運(yùn)載火箭海上發(fā)射使用的運(yùn)載火箭為“天頂”-3SL型?！疤祉敗毕盗羞\(yùn)載火箭是一種全液體運(yùn)載火箭，是蘇聯(lián)/俄羅斯運(yùn)載火箭家族中一種較新的型號(hào)，1985年首次用于衛(wèi)星發(fā)射。“天頂”-3SL為海上發(fā)射型，長(zhǎng)近60米，直徑3.9米。為了滿足海上發(fā)射的性能要求和提高可靠性，海射公司對(duì)火箭的一級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加強(qiáng)，更換了二子級(jí)和上面級(jí)的制導(dǎo)計(jì)算機(jī)，增加了二子級(jí)和上面級(jí)的液氧貯量，它由烏克蘭的南方聯(lián)合體制造，但第三級(jí)和整流罩分別由能源中心和波音公司制造。該火箭能把重達(dá)6噸左右的負(fù)載送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道?！疤祉敗毙突鸺哂兴浇M裝、自動(dòng)起豎和自動(dòng)加注的特點(diǎn)，適用于海上發(fā)射。

我國(guó)海上發(fā)射平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

2019年6月5日，我國(guó)在黃海海域用長(zhǎng)征十一號(hào)海射運(yùn)載火箭將技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星捕風(fēng)一號(hào)A、B星及五顆商業(yè)衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道，試驗(yàn)取得圓滿成功。這是我國(guó)首次在海上實(shí)施運(yùn)載火箭發(fā)射技術(shù)試驗(yàn)，有利于更好地滿足不同傾角衛(wèi)星發(fā)射需求，促進(jìn)我國(guó)商業(yè)航天發(fā)展。本次試驗(yàn)中長(zhǎng)征十一號(hào)海射型固體運(yùn)載火箭是以民用船舶為發(fā)射平臺(tái)，是由一艘大型半潛式駁船改裝而成，其甲板面積巨大，長(zhǎng)110米，寬80米，可裝載火箭、各種保障車輛以及各類相關(guān)設(shè)備。除發(fā)射平臺(tái)外，本次發(fā)射還配備了“遠(yuǎn)望21”和“遠(yuǎn)望22”兩艘火箭運(yùn)輸船，專門負(fù)責(zé)火箭的運(yùn)輸任務(wù)。隨著造船技術(shù)的發(fā)展，目前中國(guó)的大型船舶企業(yè)具有足夠的技術(shù)儲(chǔ)備開展海上移動(dòng)發(fā)射平臺(tái)研制和各種高科技船舶的制造。

我國(guó)目前有4個(gè)陸基發(fā)射場(chǎng)，分別位于我國(guó)不同地域。我國(guó)陸基發(fā)射場(chǎng)因其位置、設(shè)計(jì)用途及功能不同，承擔(dān)不同的發(fā)射任務(wù)，且發(fā)射任務(wù)飽滿，長(zhǎng)期以來，國(guó)家要求用途發(fā)射占據(jù)其全年的主要任務(wù)。商業(yè)用途發(fā)射任務(wù)難以排入陸基發(fā)射場(chǎng)的發(fā)射計(jì)劃，伴隨著民營(yíng)火箭發(fā)射對(duì)發(fā)射場(chǎng)的需求進(jìn)入了快速增長(zhǎng)期，也會(huì)為近岸、離岸海上發(fā)射場(chǎng)或移動(dòng)式海上發(fā)射平臺(tái)建設(shè)提供市場(chǎng)需求支撐。

對(duì)我國(guó)發(fā)展海上發(fā)射裝備的建議

當(dāng)前的國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)存在諸多不確定性，由高科技核心技術(shù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)體經(jīng)濟(jì)是國(guó)家綜合國(guó)力的壓艙石。目前，我國(guó)海上發(fā)射工程進(jìn)展迅速，其它國(guó)家也在競(jìng)相研發(fā)，建議船舶相關(guān)部門與航天等部門開展相關(guān)海射合作，在國(guó)家政策和規(guī)劃的指引下，緊抓機(jī)遇，發(fā)揮我國(guó)世界造船大國(guó)船舶建造的優(yōu)勢(shì)，搶占這一海上發(fā)射市場(chǎng)。

本次海上發(fā)射實(shí)驗(yàn)的成功，首次實(shí)現(xiàn)了“航天+海工”技術(shù)融合。建議通過船舶改裝或研發(fā)先進(jìn)的適于海上發(fā)射的平臺(tái)，對(duì)研發(fā)高質(zhì)量特殊用途的海工產(chǎn)品起到提質(zhì)增效的作用。

“遠(yuǎn)望”號(hào)火箭運(yùn)輸船隊(duì)自2016年8月開始執(zhí)行長(zhǎng)征五號(hào)首飛火箭的吊裝和海上運(yùn)輸任務(wù)已有2年多，火箭運(yùn)輸船船上設(shè)備種類多、艙室空間小，特別是機(jī)艙空間狹小給設(shè)備和系統(tǒng)布置為今后的適用性帶來很大的挑戰(zhàn)。由于該船裝載的貨物為高尖端科技產(chǎn)品，對(duì)船舶的振動(dòng)、過載、溫度、濕度、鹽度和裝卸時(shí)的搖擺都提出了很高的要求。因此，考慮到未來的市場(chǎng)前景，加大相關(guān)船型升級(jí)換代的科研資金投入，加緊研發(fā)核心技術(shù)，為國(guó)家今后的海上發(fā)射任務(wù)或承擔(dān)其它任務(wù)建造出更高質(zhì)量的船舶。