長徵十一號成功完成海上發射!科普:陸地那麼大,為什麼還要去海上?

2020-11-18 北晚新視覺網

剛剛,我國在黃海海域用長徵十一號海射運載火箭,採取「一箭九星」方式將「吉林一號」高分03-1組衛星送入預定軌道,發射獲得圓滿成功。

「吉林一號」高分03-1組衛星由長光衛星技術有限公司研製,其中包括「嗶哩嗶哩視頻衛星」、「『央視頻號』衛星」在內的3顆視頻成像模式衛星和6顆推掃成像模式衛星,主要用於獲取高解析度可見光推掃影像和視頻影像,將為我國國土資源普查、城市規劃、災害監測等提供遙感服務。

此次發射任務由太原衛星發射中心具體組織實施,長徵十一號海射運載火箭由航天科技集團有限公司研製生產。

這次任務是長徵系列運載火箭的第346次發射。

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大海,還能發射火箭?

能!有一種運載火箭叫做「海射運載火箭」,就是在海上發射的運載火箭。

陸地那麼大,為什麼還要去海上?

運載火箭發射的任務目標是將有效載荷可靠、安全、經濟地送入預定軌道,與常規在陸地進行運載火箭發射不同,海上發射運載火箭具有三大優勢。

海上發射為火箭運載能力提高提供了可行條件。一般情況下,海上發射平臺可以在海上大範圍移動,理想的發射地點是靠近赤道附近的低緯度區域。如果運載火箭在赤道附近發射,能夠最大限度地利用地球自轉速度,節省推進劑消耗量,從而提高火箭的運載能力。這意味著,同等起飛規模的運載火箭在赤道附近發射可以具有更高的運載能力,運載效率提升的同時也可以降低單位質量有效載荷發射成本。

海上發射有利於運載火箭執行特殊軌道發射任務。隨著信息技術發展,人們對海上探測提出了更高的要求,小傾角衛星可以實現對某一地區的高頻次重訪,有利於數據獲取,目前數量越來越多。如果火箭從赤道附近發射,可以避免衛星軌道傾角變化消耗能量,既能提高火箭執行該類任務的運載能力,也可以有效的提高衛星在軌壽命。

海上發射將大幅提高火箭發射安全性。對內陸發射而言,落區安全是發射任務設計中必須考慮的重要因素。落區選擇不僅影響制約發射軌道設計,可能由於落區選擇問題而降低火箭運載能力;而且在實際發射中,還需要對火箭助推器、一級和整流罩等分離體的實際落區進行人口疏散,確保不發生安全問題。對海上發射而言,由於遠離人口稠密地區,火箭落區可選擇範圍很大,對火箭而言發射軌道設計更加方便,同時落區安全性也可以大幅提升。

海射火箭的前世今生

海射火箭構想已久,發展至今已經有五十餘年的歷史。五十年間,海射火箭大體經歷了三個發展階段。

第一個階段是聖馬科發射場階段。聖馬科發射場位於非洲東部肯亞東海岸的恩格瓦納海灣,距海岸4.8千米,由義大利政府委託羅馬大學航空與航天研究中心籌建並管理使用。聖馬科發射場處於南緯2.9度,東經40.3度的位置,是距赤道最近的一個航天發射場,同時也是世界上惟一的一個海上發射場。

聖馬科發射場於1966年投入使用,最初用於美國研製的」偵察兵」運載火箭,主要發射」探險者」號軌道探測器、空間電火箭試驗衛星以及軍用秘密衛星,同時也為歐洲國家發射一些科學探測和試驗方面的衛星。

聖馬科發射平臺包括兩個不同類型的平臺,一個做火箭發射臺,另一個是控制發射的指揮所。聖馬科發射場的成功驗證了運載火箭海上發射的可行性,突出了海射火箭高效率、低成本等優勢,同時為海上發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射公司,也是目前世界上唯一提供海上發射服務的公司。在海射公司中,美國波音公司負責整體系統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,挪威負責發射平臺,由美國波音公司具體執行技術管理工作。

海射公司的海上衛星發射平臺被稱作「奧德賽」,衛星和運載火箭裝載到奧德賽平臺後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射。

1999年3月,海上發射公司成功發射了第一枚運載火箭,此後陸續執行商業發射任務,但是成功率不高、商業運行也不順暢。由於債務問題、發射失利以及其他諸多問題困擾,2009年6月22日,海上發射公司宣布破產。2010年,海上發射公司得到了重組,重組後俄羅斯能源火箭公司佔公司95%的股份,美國波音公司佔3%,挪威公司佔2%。

重組後,海上發射公司繼續進行商業衛星發射活動,然而2013年搭載荷蘭「國際通信衛星-27」的「天頂-3SL」運載火箭從太平洋海域發射升空,由於一級火箭發動機關閉導致火箭墜入發射平臺附近海域,這給了海射公司重重一擊。自首飛開始至2014年,海射公司共執行36次發射任務,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。由於俄羅斯與烏克蘭的緊張關係以及其他原因,海上發射公司業務於2014年暫停,並於2016年進行項目銷售談判。2016年9月,俄羅斯『S7 Space』公司成為海上發射公司的所有者,包括海上發射指揮船、奧德賽號發射平臺、地面設備以及海上發射公司包括商標在內的智慧財產權。

據S7 Space公司官方最新消息,其打算於2019年12月至2022年間用海上發射浮動發射平臺進行12次發射。第一次發射定於2019年12月舉行,2020年計劃舉行3次發射,2021年與2022年各安排4次發射。S7 Space公司計劃在15年內進行70次商業發射。

海射火箭的關鍵要素有哪些?

海射火箭因其特有的技術優勢和發射適應性受到國內外廣泛關注,那麼發展一型海射火箭的關鍵要素有哪些呢?

首先,要有一枚火箭一個海上發射平臺。對火箭而言,如果選用固體運載火箭,則具有操作使用方便等優勢,但是運載能力受限;如果選用液體運載火箭,發射適應性更強,但是操作使用必然複雜。因此,固體和液體火箭都是可行的選擇,只是研製難度不同而已。對發射平臺而言,則要求發射平臺噸位大、穩定性好,能夠適應火箭發射環境。隨著造船技術的發展,目前大型船舶企業具有足夠的技術儲備開展海上移動發射平臺研製。

其次,海洋環境適應性是需要著重考慮的問題。在海上發射過程中,運載火箭需要承受海洋運輸環境、自然環境、海況影響,尤其是鹽霧、黴菌等具有海洋特點的自然環境會直接影響運載火箭設備選型和試驗條件制定。

第三,運載火箭是在陸地發射場地面垂直發射,瞄準點及大地方位均可以提前測得。對於運載火箭的海上發射,需要開展長時間航向保持、動態方位傳遞等動基座瞄準技術研究及試驗驗證。

最後,火箭位於發射平臺上,為了保障平臺上火箭及人員安全在組織發射過程中,要研究解決火箭運輸、起豎、對接、加注當中的自動化問題,優化測試發射程序,實現無人值守發射。

(原標題:「一箭九星」!長徵十一號成功完成海上發射)

來源:北晚新視覺網綜合 央視網、北京日報客戶端

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