近日，我國(guó)首個(gè)半固定式火箭海上發(fā)射試驗(yàn)平臺(tái)HOS-1“東方航天港一號(hào)”在山東海陽(yáng)正式亮相，促進(jìn)我國(guó)液體火箭試驗(yàn)與發(fā)射能力從陸地向海洋進(jìn)一步深入發(fā)展。

外界認(rèn)為，相比傳統(tǒng)的陸地試驗(yàn)平臺(tái)和發(fā)射臺(tái)，這種海上平臺(tái)不僅有助于解決陸地發(fā)射的諸多“痛點(diǎn)”，更具備機(jī)動(dòng)靈活、成本可控、安全高效等核心優(yōu)勢(shì)，已成為商業(yè)航天時(shí)代的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

東方航天港一號(hào)火箭海上發(fā)射試驗(yàn)平臺(tái)。

據(jù)公開(kāi)資料顯示，該平臺(tái)主要用于液體火箭一子級(jí)系統(tǒng)的全流程試車，驗(yàn)證包括靜態(tài)點(diǎn)火、動(dòng)態(tài)推力調(diào)節(jié)、發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)/重啟等在內(nèi)的諸多關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)從“海上試車”到“海上發(fā)射”的一體化流程。

具體來(lái)說(shuō)，該平臺(tái)可滿足長(zhǎng)度不大于72米、直徑不大于3.8米的液氧煤油或液氧甲烷推進(jìn)劑火箭一子級(jí)系統(tǒng)試車需求，允許最長(zhǎng)試車時(shí)間達(dá)200秒，靈活適應(yīng)大部分中小型火箭設(shè)計(jì)，標(biāo)志著我國(guó)在火箭海上試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。

除海上試車之外，該平臺(tái)還能用于可回收式火箭發(fā)射試驗(yàn)任務(wù)，尤其適用于火箭垂直起降技術(shù)驗(yàn)證。借助半固定式設(shè)計(jì)，該平臺(tái)平時(shí)“扎根”淺海，執(zhí)行任務(wù)時(shí)可移動(dòng)至2.5米至9米水深工位，確保相關(guān)飛行試驗(yàn)和某些意外情況下有效避開(kāi)人口密集區(qū)。

事實(shí)上，海上發(fā)射火箭已有50余年歷史。20世紀(jì)60年代前期，美國(guó)海軍艦艇局率先開(kāi)展了關(guān)于海上發(fā)射場(chǎng)的研究，設(shè)想在1.77萬(wàn)噸船舶上攜帶3枚火箭。船舶行駛到赤道海域后，火箭在船尾邊緣起豎發(fā)射。美國(guó)科研人員估算，相比在卡納維拉爾角發(fā)射，海上發(fā)射火箭，執(zhí)行地球靜止軌道任務(wù)，有望顯著節(jié)約能量、降低成本。

最早的海上發(fā)射場(chǎng)則是1966年投入使用的肯尼亞圣馬科發(fā)射場(chǎng)，位于南緯2.9度、東經(jīng)40.3度，當(dāng)時(shí)是距赤道最近的航天發(fā)射場(chǎng)。該發(fā)射場(chǎng)擁有兩個(gè)海上平臺(tái)，一個(gè)是圣馬科發(fā)射平臺(tái)，長(zhǎng)91米，寬28米，重2500噸，甲板容量5000噸；另一個(gè)是圣麗塔控制平臺(tái)，由較小的石油平臺(tái)改建而成，容納發(fā)射控制中心、航天器控制中心、遙測(cè)站、雷達(dá)和自毀指令發(fā)射系統(tǒng)等。圣馬科發(fā)射場(chǎng)的成功運(yùn)作，驗(yàn)證了火箭海上發(fā)射的可行性。

1995年成立的海射公司標(biāo)志著海上發(fā)射取得商業(yè)化進(jìn)展。該公司由美國(guó)波音公司、挪威克瓦納集團(tuán)、烏克蘭南方設(shè)計(jì)局和俄羅斯能源火箭公司共同組建，擁有海上指揮者號(hào)控制指揮船和由石油鉆井平臺(tái)改造的奧德賽號(hào)發(fā)射平臺(tái)。后者長(zhǎng)132.91米，寬67.02米，比標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)稍大，能夠吃水下沉22米，內(nèi)置動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，保持平臺(tái)穩(wěn)定，可抵抗17級(jí)臺(tái)風(fēng)或34米高海浪。1999年3月，海射公司成功發(fā)射了第一枚火箭。截至2014年暫停運(yùn)營(yíng)，該公司累計(jì)執(zhí)行了36次發(fā)射任務(wù)，其中32次完全成功。

長(zhǎng)征十一號(hào)火箭海上發(fā)射。

我國(guó)火箭海上發(fā)射活動(dòng)同樣發(fā)展迅速。2019年6月5日，長(zhǎng)征十一號(hào)火箭首次在黃海海域以一箭七星的方式成功發(fā)射，開(kāi)啟了我國(guó)海上發(fā)射的“問(wèn)天之路”。目前，東方航天港作為我國(guó)唯一的商業(yè)航天海上發(fā)射母港，已有5個(gè)海上發(fā)射平臺(tái)，具備近海一周雙發(fā)、遠(yuǎn)海半月一發(fā)的發(fā)射能力。

火箭為什么要在海上試驗(yàn)和發(fā)射？外界分析認(rèn)為，這與經(jīng)濟(jì)便捷、靈活機(jī)動(dòng)、落點(diǎn)可控等優(yōu)勢(shì)是分不開(kāi)的。

傳統(tǒng)陸地發(fā)射基地普遍遠(yuǎn)離城市，既給產(chǎn)品物資運(yùn)輸帶來(lái)不便，發(fā)射效率也受到制約。相比之下，海上試驗(yàn)和發(fā)射可以充分利用港口海運(yùn)條件，火箭轉(zhuǎn)運(yùn)和物資補(bǔ)給均相當(dāng)便利，有助于提高發(fā)射效率和頻次。

不同于陸地發(fā)射流程，海上發(fā)射可以根據(jù)載荷特點(diǎn)和客戶要求，利用自由移動(dòng)的海上平臺(tái)，靈活選擇火箭發(fā)射位置，滿足不同軌道傾角的任務(wù)所需，填補(bǔ)陸地發(fā)射場(chǎng)的“空白”。比如，執(zhí)行中低傾角軌道任務(wù)時(shí)，火箭發(fā)射位置可以更接近赤道附近的低緯度地區(qū)，利用地球自轉(zhuǎn)的附加速度，節(jié)省燃料并提升運(yùn)載能力，從整體上降低發(fā)射成本。

火箭飛行一段時(shí)間后，各子級(jí)和整流罩等殘骸會(huì)依次墜落。海上發(fā)射方可以更方便地規(guī)劃火箭飛行航跡，靈活選擇分離體著區(qū)和落區(qū)，對(duì)火箭殘骸落區(qū)選擇工作的限制更少，有助于提高火箭上升段飛行安全性，并確保分離物體遠(yuǎn)離陸地建筑物和人口稠密區(qū)。隨著可回收復(fù)用火箭發(fā)射成為大勢(shì)所趨，海上發(fā)射并回收火箭子級(jí)、整流罩等可謂前景光明。

捷龍三號(hào)火箭海上發(fā)射。

不過(guò)，海上發(fā)射試驗(yàn)平臺(tái)需克服三大技術(shù)挑戰(zhàn)：海上發(fā)射穩(wěn)定性、無(wú)線通信可靠性、海洋環(huán)境適應(yīng)性。

海上風(fēng)浪、洋流會(huì)加劇平臺(tái)晃動(dòng)，影響火箭發(fā)射精度。為此，我國(guó)團(tuán)隊(duì)使用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償發(fā)射技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并調(diào)整火箭姿態(tài)，將晃動(dòng)幅值控制在±0.1度以內(nèi)，達(dá)到陸地發(fā)射場(chǎng)水平。

海上平臺(tái)與保障船的通信距離往往需要精確控制，緩解信號(hào)干擾。東方航天港技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用了抗干擾無(wú)線傳輸系統(tǒng)，確保在9級(jí)風(fēng)浪下仍能穩(wěn)定傳輸火箭控制指令。

另外，海洋鹽霧環(huán)境對(duì)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕性強(qiáng)，要求海上發(fā)射試驗(yàn)平臺(tái)采用不銹鋼、鈦合金等耐腐蝕材料，并配備水冷式導(dǎo)流槽、熱防護(hù)涂層等。

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來(lái)源/中國(guó)航天報(bào)、《中國(guó)航天報(bào)·飛天科普周刊》

文/于遠(yuǎn)航

本文轉(zhuǎn)載自公眾微信號(hào)：中國(guó)航天報(bào)

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