解鎖發(fā)射“新姿勢”

2019年6月5日，我國在黃海海域用長征十一號運載火箭（CZ-11 WEY號）成功完成了“一箭七星”海上發(fā)射技術(shù)試驗，這是我國首次在海上進行航天發(fā)射，填補了我國運載火箭海上發(fā)射的空白，為我國快速進入太空提供了新的發(fā)射方式。

海上發(fā)射優(yōu)勢多

海上發(fā)射模式是除火箭陸上發(fā)射場發(fā)射、特種大型飛機平臺空中發(fā)射之外，又一種新穎且高效的發(fā)射方式?；鸺秊楹我M行海上發(fā)射呢？長征十一號運載火箭控制系統(tǒng)行政指揮高磊說：“與常規(guī)在陸地進行運載火箭發(fā)射不同，海上發(fā)射運載火箭具有幾大優(yōu)勢?！?/p>

首先是發(fā)射成本更低。在臨近赤道的地方發(fā)射衛(wèi)星，不僅能節(jié)省衛(wèi)星調(diào)姿變軌的燃料，還能最大限度地利用地球自轉(zhuǎn)的力量，為火箭省力，進一步提高火箭的運載能力，有效降低火箭發(fā)射和衛(wèi)星運營成本。

其次，海上發(fā)射將大幅提高火箭發(fā)射安全性。此前長征火箭從內(nèi)陸發(fā)射場發(fā)射前，為防止殘骸掉落造成安全事故，需要提前將落區(qū)內(nèi)的百姓疏散到安全地帶，不但給當(dāng)?shù)匕傩諑順O大的不便，也增加了火箭發(fā)射的經(jīng)濟成本和工作難度。而海上發(fā)射可以確?；鸺龤埡∵h(yuǎn)離人口稠密地區(qū)，掉落在廣袤無人的公海海域。

到底牛在哪

海上發(fā)射與陸上發(fā)射差別非常大，由于火箭發(fā)射平臺由陸地轉(zhuǎn)移到茫茫大海上，海洋的新環(huán)境為長征十一號運載火箭帶來了新的考驗。長征十一號運載火箭副總設(shè)計師管洪仁介紹說，本次任務(wù)特點是“四新”，即技術(shù)新、環(huán)境新、流程新、模式新。

首先，陸基發(fā)射臺發(fā)射時不會移動， 但海上發(fā)射平臺是起伏波動的， 因此需采用一種特殊的瞄準(zhǔn)技術(shù)和動態(tài)條件下的發(fā)射技術(shù)，來應(yīng)對海水波動。據(jù)介紹，這次長征十一號運載火箭海上發(fā)射是在一艘經(jīng)過改裝的大型半潛式駁船上進行的，它的甲板面積超過一個標(biāo)準(zhǔn)足球場。

其次，對火箭的控制和監(jiān)測信號在陸基發(fā)射中通過有線通信系統(tǒng)傳輸，而在海射任務(wù)中，只能通過無線傳輸形式來實現(xiàn)，這是國內(nèi)首次采用無線測發(fā)控技術(shù)實施發(fā)射。

再次，以往火箭的飛行安全控制需要地面人員監(jiān)測和控制， 而本次任務(wù)是由火箭自身根據(jù)飛行情況，實時自主判斷和實施的，這也是我國火箭實現(xiàn)首次自主安控。

另外，以往火箭要分幾個部分運往陸基靶場， 并在陸基靶場完成組裝、測試，而此次發(fā)射將全箭對接、衛(wèi)星對接以及測試工作前移至總裝廠完成，由此帶來了全新的技術(shù)流程和運輸模式。這是長征運載火箭首次以箭星組合體形式整體出廠，后續(xù)還能實現(xiàn)火箭到港后直接登船。航行到指定海域后可隨時進行發(fā)射，發(fā)射場工作流程大幅縮短。此外，在海上使用的火箭還必須適應(yīng)鹽霧、高濕、電磁條件復(fù)雜的海洋環(huán)境。

為什么是“長十一”

執(zhí)行這次海上發(fā)射任務(wù)的是長征十一號運載火箭，它被譽為我國長征系列運載火箭家族中的海上“快響利箭”，在很多方面都是家族里的“獨一份”。

長征十一號運載火箭是我國運載能力最小的一型長征火箭，全長20.8米，最大直徑2米，重約58噸。我國普通液體火箭大多長40米以上、直徑3.35米以上。

另外，與長征家族中其他兄弟都采用液體發(fā)動機不同，長征十一號運載火箭用的是固體發(fā)動機。中國運載火箭技術(shù)研究院固體運載火箭型號辦公室副主任宋勇生說，固體火箭有自己的優(yōu)勢。

液體發(fā)動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作時需要增壓輸送系統(tǒng)等配合，液體火箭運載能力強，但是由于燃料加注時間較長，一般從測試到發(fā)射整個流程需要1個月左右。固體發(fā)動機結(jié)構(gòu)組成相對簡單，最大的優(yōu)勢在于燃料被提前固化在火箭內(nèi)，接到發(fā)射指令后，從測試到完成發(fā)射僅需1天甚至更短的時間，可以很好地完成自然災(zāi)害和突發(fā)事件后的應(yīng)急通信及遙感觀測等任務(wù)，對于民用減災(zāi)和應(yīng)急處置等具有重要意義。

“小而快”、采用可提前準(zhǔn)備的固體燃料，再加上精簡的電氣系統(tǒng)和衛(wèi)星快速對接等技術(shù)，這些讓長征十一號運載火箭可將最短發(fā)射準(zhǔn)備時間縮至24小時以內(nèi)。遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于美國同類火箭3天最短發(fā)射準(zhǔn)備時間，成為世界上發(fā)射準(zhǔn)備時間最短的運載火箭之一。

長征十一號運載火箭低軌能力達到700公斤，700公里太陽同步軌道運載能力達到400多公斤，可以勝任近年來蓬勃發(fā)展的小型科學(xué)試驗衛(wèi)星與商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。

研制長征十一號運載火箭的中國航天科技集團一院將這枚火箭定位為商業(yè)發(fā)射主力，在國家任務(wù)之外，承擔(dān)商業(yè)公司的航天發(fā)射任務(wù)。

新時代的“捕風(fēng)者”

突破歷史的火箭發(fā)射，自然要有突破歷史的衛(wèi)星相伴。捕風(fēng)一號A、B衛(wèi)星作為我國首次海上發(fā)射的主載荷，同樣意義非凡。捕風(fēng)一號是我國第一種能夠全天候探測海面風(fēng)場的衛(wèi)星。包括我國在內(nèi)的亞洲國家一直飽受臺風(fēng)的侵襲，每年都會遭受嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，甚至人員傷亡。因此研究臺風(fēng)的早期形成，及時預(yù)測臺風(fēng)活動，就成為了亞洲各國共同的目標(biāo)。

然而，我們對關(guān)鍵的海面風(fēng)場一直缺乏有效的測量手段：通過衛(wèi)星云圖只能測云頂風(fēng)，并非海面風(fēng);通過雷達散射計只能測量50m/s以上的海風(fēng)，且載荷設(shè)備較大，用于多星組網(wǎng)探測風(fēng)場則過于昂貴。

20世紀(jì)90年代，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）趨于成熟，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，GNSS信號在海面發(fā)生反射時，會受到海浪影響產(chǎn)生不同的變化。具體來說，海面無風(fēng)則反射信號均勻，海面有風(fēng)則反射信號變化，風(fēng)越大變化越劇烈。通過測量GNSS信號在反射時發(fā)生的變化，就能精確反推海面風(fēng)場的情況，這就是GNSS-R技術(shù)。正是憑借這項技術(shù)，捕風(fēng)一號在太空中大顯身手。

捕風(fēng)一號能夠同時接收北斗和GPS（全球定位系統(tǒng)）的直射與反射信號，精密反演海面風(fēng)場，“捕住風(fēng)，捉住影”，為臺風(fēng)預(yù)報提供準(zhǔn)確依據(jù)，造福人類。因為不需要復(fù)雜的主動發(fā)射裝置，所以衛(wèi)星設(shè)計得小巧玲瓏，大大降低了成本，也為未來的全球海洋風(fēng)場星座建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。（本刊綜合）