航空航天 | 中國火箭掌握發(fā)射“新姿勢”!長十一完成海射首秀

6月5日12時06分01秒，CZ-11 WEY號運載火箭在我國黃海海域?qū)嵤┌l(fā)射，將捕風一號A/B星等7顆衛(wèi)星送入約600公里高度的圓軌道，宣告我國運載火箭首次海上發(fā)射技術(shù)試驗圓滿成功。

從中國航天科技集團一院了解到，固體運載火箭海上發(fā)射技術(shù)試驗于2019年獲得國防科工局的正式立項，采用長征十一號固體運載火箭實施首次試驗。海上發(fā)射技術(shù)試驗系統(tǒng)由運載火箭系統(tǒng)、海上發(fā)射平臺、測控通信系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)四部分組成，可實現(xiàn)離港后一周內(nèi)完成發(fā)射。本次飛行試驗在國內(nèi)首次采用“航天+海工”技術(shù)融合，突破海上發(fā)射穩(wěn)定性、安全性、可靠性等關(guān)鍵技術(shù)，全面驗證了海上發(fā)射試驗流程，為我國快速進入空間提供了新的發(fā)射模式。

陸地那么大，干嘛要去海上飛？

通常，人們很難將火箭發(fā)射與大海聯(lián)系到一起。而一院長十一火箭副總指揮金鑫表示，與陸地常規(guī)發(fā)射相比，海上發(fā)射運載火箭具有顯著優(yōu)勢。

落區(qū)安全是內(nèi)陸發(fā)射任務(wù)設(shè)計中必須考慮的重要因素。發(fā)射前夕，需要對火箭助推器、一級和整流罩等分離體的實際落區(qū)進行人口疏散，確保地面人身安全。同時，落區(qū)的選擇不僅制約發(fā)射軌道設(shè)計，也可能影響火箭的運載能力。而通過海上航行，可以遠離人口稠密地區(qū)，靈活選擇發(fā)射點和落區(qū)，解決安全問題。

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)為火箭省力。但即使是我國最靠南的文昌衛(wèi)星發(fā)射中心，位置也在北緯19度。在海上發(fā)射，則可以填補我國0至19度傾角衛(wèi)星發(fā)射能力的空白，滿足各種傾角衛(wèi)星的發(fā)射需求，還能服務(wù)于一帶一路國家，有效助推中國航天走出國門。

此外，海上發(fā)射可充分利用我國豐富的民用船舶資、港口資源、測控資源，社會資源深度參與，實現(xiàn)航天技術(shù)與海洋工程的有效融合，帶動社會經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。

海上發(fā)射難度大

海上發(fā)射好處多，難度也大。一院長十一火箭副總設(shè)計師管洪仁介紹，本次任務(wù)具有技術(shù)新、環(huán)境新、流程新、模式新特點，成功的背后離不開技術(shù)能力和管理能力的提升。

管洪仁說，相比陸基發(fā)射臺，起伏波動的海上平臺給發(fā)射帶來了新的技術(shù)考驗，為此任務(wù)團隊采用了一種特殊的瞄準技術(shù)和動態(tài)條件下的發(fā)射技術(shù)，來應(yīng)對發(fā)射新環(huán)境。

在常規(guī)發(fā)射任務(wù)中，火箭的控制和監(jiān)測信號通過有線通信系統(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)，因此“CZ-11 WEY”也成為國內(nèi)首枚采用無線測發(fā)控技術(shù)實施發(fā)射的火箭。

以往火箭的飛行安全控制需要地面人員監(jiān)測和控制，本次任務(wù)則是由火箭自身根據(jù)飛行情況，實時自主判斷，這是我國火箭首次實現(xiàn)自主安全控制。

此外，過去長十一火箭都是分幾個部分運往陸基靶場，在靶場完成組裝、測試，而本次任務(wù)沒有專用火箭測試廠房，全箭對接、衛(wèi)星對接以及測試工作只能前移至總裝廠完成，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，由總裝廠經(jīng)鐵路、公路運輸至港口，到達港口后僅用2、3天測試準備隨即登船，航行到指定海域后可隨時發(fā)射。這套工作流程相比以往不僅大幅縮短，而且全程不可逆，是對組織管理和質(zhì)量管控的嚴峻挑戰(zhàn)。

5月30日，CZ-11 WEY號起豎演練（航天科技集團一院供圖）

我國首次海射運送的7名乘客都是誰？

●捕風一號A、B衛(wèi)星：

這2顆衛(wèi)星由中國航天科技集團五院航天東方紅衛(wèi)星有限公司抓總研制?！帮L無形無影，捕風一號就是通過‘捉’海面上的導航反射信號這個‘影’來‘捕’海面風場這個‘風’，實現(xiàn)監(jiān)測海面風場的目的?！痹撔l(wèi)星總設(shè)計師白照廣說。

目前，通過衛(wèi)星觀測海面風場的方式主要有兩種，一是通過衛(wèi)星云圖來測，但這種方式測的是云頂風，而對海面風場的測量存在一定誤差；二是通過衛(wèi)星載荷如散射計主動向海面發(fā)射微波信號來測，但這種方式下衛(wèi)星重量較大，且只能測每秒50米以內(nèi)的海風，若應(yīng)用于準實時監(jiān)測海面風場的星座建設(shè)，代價很大。

隨著全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展成熟，利用導航反射信號對反射面的物理特性和參數(shù)進行反演，成為了各國新的研究熱點。白照廣介紹說，導航衛(wèi)星L波段具有良好的大氣穿透性，能夠全天時“捕風捉影”，實現(xiàn)對海面風場的信息探測，并可通過多星組網(wǎng)監(jiān)測，實現(xiàn)對極端臺風天氣的精準預報。

作為我國首次海上發(fā)射的主要“乘客”，捕風一號A、B衛(wèi)星將實現(xiàn)我國衛(wèi)星導航信號探測海面風場零的突破，對我國臺風預警、防災減災具有重要意義。

捕風一號衛(wèi)星試驗隊（航天科技集團五院供圖）

●“天象”試驗雙星：

5G實現(xiàn)后，通信技術(shù)下一步發(fā)展是什么？我國科學家打算把基站搬到衛(wèi)星上，和地面網(wǎng)連在一起，讓網(wǎng)絡(luò)無處不在，通訊隨處可行。

此次“天象”試驗 1星、2星成功發(fā)射，標志著“科技創(chuàng)新2030——重大項目”天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)取得實質(zhì)性進展。

2顆衛(wèi)星由中國電科牽頭研制。是我國首個實現(xiàn)傳輸組網(wǎng)、星間測量、導航增強、對地遙感等功能的綜合性低軌衛(wèi)星，是未來低軌道星座系統(tǒng)建設(shè)的最簡網(wǎng)絡(luò)模型。衛(wèi)星搭載了國內(nèi)首個基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的天基路由器，將在國內(nèi)首次實現(xiàn)基于低軌星間鏈路的組網(wǎng)傳輸，構(gòu)建基于軟件重構(gòu)功能的開放式驗證平臺。

天象衛(wèi)星項目總設(shè)計師、中國電科54所副總工程師孫晨華介紹，“天地一體化信息網(wǎng)”重大項目采用“天基組網(wǎng)、天地互聯(lián)、全球服務(wù)”的思路，將建設(shè)天基骨干網(wǎng)、低軌接入網(wǎng)、和地基節(jié)點網(wǎng)，其中低軌接入網(wǎng)規(guī)劃60顆綜合型和60顆寬帶星，采用星間鏈路和星間路由技術(shù)，實現(xiàn)極少數(shù)地面關(guān)口站支持下的全球無縫窄帶和寬帶機動服務(wù)。

●“吉林一號”高分03A星：

這是由長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司自主研發(fā)的新一代光學遙感衛(wèi)星。

該星充分繼承了吉林一號衛(wèi)星成熟單機以及技術(shù)基礎(chǔ)，通過采用輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計、高度集成電子學系統(tǒng)、高分辨率超輕量化低成本相機等創(chuàng)新技術(shù)，在572公里軌道高度下，可實現(xiàn)了整星分辨率優(yōu)于1.1米、幅寬優(yōu)于18公里的技術(shù)指標，而衛(wèi)星重量低于40千克，具有低成本、低功耗、低重量、高分辨的特點。衛(wèi)星入軌后，將與此前發(fā)射的12顆吉林一號衛(wèi)星組網(wǎng)，為政府、行業(yè)以及“一帶一路”沿線用戶提供更加豐富的遙感數(shù)據(jù)和產(chǎn)品服務(wù)。

吉林一號衛(wèi)星星座具有高時間、空間、光譜分辨率，能夠以推掃、凝視、條帶拼接、大傾角側(cè)擺、立體、微光及慣性空間成像方式獲取地面及空間靜態(tài)、動態(tài)目標信息，已為10余個國家、20多個行業(yè)、200余家單位提供了多種類型的遙感信息服務(wù)。

“吉林一號”高分03A星（長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司供圖）

● 天啟三號衛(wèi)星：

隨著SpaceX的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項目“星鏈”首批60星發(fā)射，馬斯克的“全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋”夢想開始邁向現(xiàn)實。

而此次天啟三號衛(wèi)星發(fā)射入軌后，由中國民營航天企業(yè)北京國電高科科技有限公司打造的天啟物聯(lián)網(wǎng)星座也取得了新的進展。該公司董事長呂強表示，愿與國內(nèi)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)鏈兄弟單位一起，攜手構(gòu)建中國的“星鏈”。

天啟三號是繼2018年發(fā)射的天啟一號之后，天啟星座承上啟下的業(yè)務(wù)星。呂強介紹，6月中旬，天啟二號將搭載我國捷龍商業(yè)火箭發(fā)射，今年下半年，天啟星座還將陸續(xù)發(fā)射5顆衛(wèi)星，并在2020年完成38星組網(wǎng)。

天啟星座組網(wǎng)運營后，除了完成海洋牧場、水文監(jiān)測等行業(yè)示范性應(yīng)用，還將在集裝箱運輸監(jiān)測、國家電網(wǎng)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、森林防火監(jiān)測、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測等數(shù)十個領(lǐng)域，開展示范性應(yīng)用和初步規(guī)?；虡I(yè)運營，為全面商業(yè)化運營奠定基礎(chǔ)。

天啟三號衛(wèi)星（北京國電高科科技有限公司供圖）

●“婁星號”衛(wèi)星：

該衛(wèi)星是由婁底市婁星區(qū)人民政府與天儀研究院合作研制，是一顆基于6U立方星平臺研制的中分辨率遙感衛(wèi)星，其全色分辨率為5米，幅寬80公里，將運行在500公里高度的軌道上。

成功入軌后，該衛(wèi)星將與天儀研究院已經(jīng)發(fā)射和即將發(fā)射的衛(wèi)星組網(wǎng)運行，為婁底、湖南乃至全球的林業(yè)、農(nóng)業(yè)、草原、海洋、資源、環(huán)境等行業(yè)用戶提供更加豐富、響應(yīng)速度更快、性價比更高的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品服務(wù)。

“婁星號”衛(wèi)星（張莎攝）

海射火箭的前世今生

海射火箭構(gòu)想已久，發(fā)展至今已經(jīng)有五十余年的歷史。五十年間，海射火箭大體經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。

第一個階段是圣馬科發(fā)射場階段。圣馬科發(fā)射場位于非洲東部肯尼亞東海岸的恩格瓦納海灣，距海岸4.8千米,由意大利政府委托羅馬大學航空與航天研究中心籌建并管理使用。圣馬科發(fā)射場處于南緯2.9度,東經(jīng)40.3度的位置,是距赤道最近的一個航天發(fā)射場,同時也是世界上惟一的一個海上發(fā)射場。

圣馬科發(fā)射場于1966年投入使用,最初用于美國研制的"偵察兵"運載火箭，主要發(fā)射"探險者"號軌道探測器、空間電火箭試驗衛(wèi)星以及軍用秘密衛(wèi)星,同時也為歐洲國家發(fā)射一些科學探測和試驗方面的衛(wèi)星。

圣馬科發(fā)射平臺包括兩個不同類型的平臺，一個做火箭發(fā)射臺,另一個是控制發(fā)射的指揮所。圣馬科發(fā)射場的成功驗證了運載火箭海上發(fā)射的可行性，突出了海射火箭高效率、低成本等優(yōu)勢，同時為海上發(fā)射公司的成立提供了參考信息。

第二個階段是海射公司階段。1995年，美國波音公司、挪威克瓦納集團、烏克蘭南方設(shè)計局和俄羅斯能源火箭公司四家公司共同出資組建了海上發(fā)射公司（Sea Launch），也是目前世界上唯一提供海上發(fā)射服務(wù)的公司。在海射公司中，美國波音公司負責整體系統(tǒng)集成和有效載荷整流罩，俄羅斯負責海射天頂號運載火箭第三級，烏克蘭海射天頂號運載火箭一二級，挪威負責發(fā)射平臺，由美國波音公司具體執(zhí)行技術(shù)管理工作。

海射公司的海上衛(wèi)星發(fā)射平臺被稱作“奧德賽”，衛(wèi)星和運載火箭裝載到奧德賽平臺后將會駛離美國加州港口，進入太平洋近赤道海域地點進行發(fā)射。

1999年3月，海上發(fā)射公司成功發(fā)射了第一枚運載火箭，此后陸續(xù)執(zhí)行商業(yè)發(fā)射任務(wù)，但是成功率不高、商業(yè)運行也不順暢。由于債務(wù)問題、發(fā)射失利一起其他諸多問題困擾，2009年6月22日，海上發(fā)射公司宣布破產(chǎn)。2010年，海上發(fā)射公司得到了重組，重組后俄羅斯能源火箭公司占公司95%的股份，美國波音公司占3%，挪威公司占2%。

重組后，海上發(fā)射公司繼續(xù)進行商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射活動，然而2013年搭載荷蘭“國際通信衛(wèi)星-27”的“天頂-3SL”運載火箭從太平洋海域發(fā)射升空，由于一級火箭發(fā)動機關(guān)閉導致火箭墜入發(fā)射平臺附近海域，這給了海射公司重重一擊。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%。

第三階段是S7 Space公司階段。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年進行項目銷售談判。2016年9月，俄羅斯‘S7 Space’公司成為海上發(fā)射公司的所有者，包括海上發(fā)射指揮船、奧德賽號發(fā)射平臺、地面設(shè)備以及海上發(fā)射公司包括商標在內(nèi)的知識產(chǎn)權(quán)。

據(jù)S7 Space公司官方最新消息，其打算于2019年12月至2022年間用海上發(fā)射浮動發(fā)射平臺進行12次發(fā)射。第一次發(fā)射定于2019年12月舉行，2020年計劃舉行3次發(fā)射，2021年與2022年各安排4次發(fā)射。S7 Space公司計劃在15年內(nèi)進行70次商業(yè)發(fā)射。