解密：一箭九星！陆地那么大，为什么要去海上发射？ - 昆仑策
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解密：一箭九星！陆地那么大，为什么要去海上发射？
2020-09-16
9月15日9时23分，长征十一号运载火箭在黄海海域采用“一箭九星”的方式，成功将吉林一号高分03组卫星送入535公里的太阳同步轨道。长十一火箭是由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院（下称火箭院）抓总研制的四级固体运载火箭，全长约20.8米，最大箭体直径2米，总质量约58吨，主要用于发射近地轨道和太阳同步轨道有效载荷。该型火箭被誉为我国长征系列运载火箭家族中的“快响利箭”，技术特点相较其他运载火箭有鲜明特色。据火箭院长征十一号运载火箭副总指挥金鑫介绍，此次任务是长征十一号运载火箭连续10次高精度入轨、连续10次箭上质量零问题、连续10次零窗口准时发射，是长十一火箭执行的第二次海上发射任务，也是首次海上商业化应用发射。进一步优化了海上发射技术流程，提升了海上发射技术的安全性和可靠性，为未来实现海上发射常态化、高频次奠定了基础。本次发射的“吉林一号”高分03组卫星由吉林长光卫星有限公司研制自主研发，包括3颗高分03C视频星和6颗高分03B推扫星，其中一颗卫星也被命名为哔哩哔哩视频卫星，定制用于互联网科普传播。该组卫星将与在轨的“吉林一号”卫星组网，为林业、农业、草原、海洋、资源、环境等行业用户提供更加丰富的遥感数据和产品服务。据介绍，固体运载火箭虽然运载能力相对液体运载火箭较小，但其最大的优势在于燃料被提前固化在火箭内，接到发射指令后，从测试到完成发射仅需一天甚至更短的时间，能较好地完成自然灾害和突发事件后的应急通信及遥感观测等任务。据太原卫星发射中心主任李宗利介绍，海上发射可为中国航天提供更多发区域、更高高射效能、更强安全性和灵活性。此次海上发射是利用我国充足的大型船舶、海上平台、港口资源和固体火箭成熟技术，构建海上发射系统的有效尝试，是我国继陆上发射场之后进入空间手段的重要补充，实现了灵活选择发射点和航落区，显著提高了运载能力，有效解决低倾角发射的能力问题，对打造高效、灵活、经济发射能力、促进小卫星规模化发展有极其重要意义。自2015年9月25日长征十一号运载火箭首飞成功，5年来该型火箭连续10次成功发射，实现了连续10次高精度入轨、连续10次箭上质量零问题、连续10次零窗口准时发射，创造了新一代运载火箭的发射次数纪录。与长征系列火箭家族其他型号有所不同，长十一火箭是唯一一型固体运载火箭，其“心脏”采用的是固体发动机，结构组成相对简单，具有操作简便、贮存期长等特点。固体运载火箭虽然运载能力相对液体运载火箭较小，但其最大优势在于燃料被提前固化在火箭内，接到发射指令后，从测试到完成发射仅需一天甚至更短时间，能较好地完成自然灾害和突发事件后的应急通信及遥感观测等任务。在此次海上发射中，研制队伍还进一步规范了海上发射的流程和分工，固化了管理模式，形成了火箭总装测试发射一体化流程，进一步缩短了出海发射周期。据一院长征十一号运载火箭总设计师彭昆雅介绍，执行此次任务的火箭是直接在东方航天港完成火箭总装测试和星箭对接后，采用德渤三号从海阳港运输至黄海预定海域实施发射，彻底打破了以往火箭生产与发射场分离的格局，减少了分解和总装次数，以及长距离铁路运输环节，大幅缩短了发射链条，提高发射效率和效益。长征十一号运载火箭是我国唯一一款陆海通用发射的固体运载火箭，可以使用3种发射模式执行任务，充分体现了火箭灵活机动的优势。2015年9月25日，长征十一号运载火箭首飞成功，实现了我国运载火箭的架式发射。
2019年6月5日，长征十一号运载火箭海上发射成功，使我国成为世界上第一个独立掌握海上发射技术的国家。
2020年5月30日，长征十一号运载火箭遥八任务发射成功。这是该型火箭首次采用新的发射平台，首次采用2.0米整流罩，首次在西昌卫星中心实施发射任务。
该型火箭还具备可无依托发射、小时级发射、适应复杂发射环境、能够基于民用船舶实现海上发射等特点，具备很高适应性。截至目前，该型火箭已经在西昌、酒泉、海上实施过发射任务。“一箭多星”是长征十一号运载火箭的拿手好戏，每次发射任务，它都使用了这项技能。自2015年该型火箭首飞以来，已成功将51颗卫星送入预定轨道。为满足日益增长的小卫星发射需求，一院推出了“太空班车”“太空专车”和“太空顺风车”等多样化快捷服务。此次任务中，火箭研制队伍为了满足用户一次发射9颗卫星实现轨道面部署的要求，与卫星厂商协同设计，研制了新型高效的复合材料卫星适配器，通过结构总体布局优化，实现了从最多发射7颗卫星到9颗卫星的转变。同时针对后续大规模组网需求，协同用户开展标准化接口设计，形成标准的电气结构接口、标准化的连接释放机构。目前长征十一号研制团队正在依托海上发射方式，研制更大吨位的系列固体运载火箭，将覆盖1吨至5吨的太阳同步轨道发射能力。届时我国将形成陆海通用的固体运载火箭系列，满足不同卫星用户的发射需求。同时研制团队正在论证多功能海上发射平台以保障远海海域发射，其预计将于2021年开赴低纬度地区实施低倾角海上发射任务。
陆地那么大，为什么还要去海上发射？
运载火箭发射的任务目标是将有效载荷可靠、安全、经济地送入预定轨道。与常规的陆地发射不同，在海上发射运载火箭具有三大优势。一是海上发射为火箭运载能力提高提供了可行条件。一般情况下，海上发射平台可以在海上大范围移动，理想的发射地点是靠近赤道附近的低纬度区域。如果运载火箭在赤道附近发射，能够最大限度地利用地球自转速度，节省推进剂消耗量，从而提高火箭的运载能力。这意味着，同等起飞规模的运载火箭在赤道附近发射可以具有更高的运载能力，运载效率提升的同时也可以降低单位质量有效载荷发射成本。
二是海上发射有利于运载火箭执行特殊轨道发射任务。随着信息技术发展，人们对海上探测提出了更高的要求，小倾角卫星可以实现对某一地区的高频次重访，有利于数据获取，目前数量越来越多。如果火箭从赤道附近发射，可以避免卫星轨道倾角变化消耗能量，既能提高火箭执行该类任务的运载能力，也可以有效的提高卫星在轨寿命。三是海上发射将大幅提高火箭发射安全性。对内陆发射而言，落区安全是发射任务设计中必须考虑的重要因素。落区选择不仅影响制约发射轨道设计，可能由于落区选择问题而降低火箭运载能力；而且在实际发射中，还需要对火箭助推器、一级和整流罩等分离体的实际落区进行人口疏散，确保不发生安全问题。对海上发射而言，由于远离人口稠密地区，火箭落区可选择范围很大，对火箭而言发射轨道设计更加方便，同时落区安全性也可以大幅提升。首先要有合适的火箭和海上发射平台。对火箭而言，如果选用固体运载火箭，则具有操作使用方便等优势，但是运载能力受限；如果选用液体运载火箭，发射适应性更强，但是操作使用必然复杂。因此固体和液体火箭都是可行的选择，只是研制难度不同而已。对发射平台而言，则要求发射平台吨位大、稳定性好，能够适应火箭发射环境。随着造船技术的发展，目前大型船舶企业具有足够的技术能力研制海上移动发射平台。海洋环境适应性是需要着重考虑的问题。在海上发射过程中，运载火箭会受到海洋运输环境、自然环境、海况影响，尤其是盐雾、霉菌等具有海洋特点的自然环境，会直接影响运载火箭设备选型和试验条件制定。运载火箭在陆地发射场发射时，瞄准点及大地方位均可以提前测得。相比之下，海上发射需要开展长时间航向保持、动态方位传递等动基座瞄准技术研究及试验验证。此外，为了保障位于海上发射平台的火箭及人员安全，在组织发射过程中，要研究解决火箭运输、起竖、对接、加注当中的自动化问题，优化测试发射程序，实现无人值守发射。2019年，长十一火箭实现了首次海上发射，主要目的是突破海上发射稳定性、无线通信可靠性等关键技术，对整个海上发射技术方案进行全套考核，全面验证海上发射技术流程，初步构建多方融合、资源共享的海上发射模式。
本次长十一火箭海上发射任务在首次技术试验成功的基础上实施。长征十一号运载火箭副总指挥金鑫介绍，从这一发起，长十一火箭开始正式执行海上发射任务，应用性发射的主要目的就是把卫星打到预定轨道上。海上发射常态化，就意味着把海上发射变成一种能够按照规范开展的发射模式。长十一火箭首次海上应用性发射任务的成功就标志着该火箭海上发射常态化自此拉开大幕。据了解，海上发射采取军地协同、地方政府深入参与的模式。“在各方协同的过程有很多不可控的因素，所以通过这次发射，把这种组织模式进行总结、基本上规范下来，后续形成一个海上发射组织模式的文件，这将进一步提升海上发射技术的安全性和可靠性，为推动十一海上发射常态化奠定坚实基础。”金鑫表示。据了解，此次长十一火箭在北京仅完成部段级装配，之后全部立足于东方航天港的一体化技术厂房，完成了火箭的箭体对接、测试、装填和星箭对接等各个环节，快速转运上船，运输至发射海域实施发射。这是我国首次初步实现火箭总装测试发射一体化，大幅缩短了发射链条，提高了发射任务的时间利用率和可靠性，提高发射效率和效益，彻底打破了以往火箭生产与发射场分离格局，减少分解和总装次数，以及长距离铁路运输环节。本次长十一火箭海上发射任务选用通用性更好的“德渤3号”驳船作为发射平台。类似吨位和船型在国内有多艘，可根据发射计划灵活选用，不会受某艘具体船只档期的限制，这大大增加了海上发射的灵活性。据了解，“德渤3号”总长接近160米，宽近40米，大载重2.05万吨，时速为每小时20多公里，全电力推进，具有快速调载功能。相较于长十一火箭第一次海上发射使用的“泰瑞号”驳船，“德渤3号”动力船结构更加细长，在海面上受浪涌影响，船上振动环境条件更加恶劣。因此，型号队伍开展了大量试验和深入细致的仿真分析工作，确保火箭设计可靠，完全能够适应海上环境变化。此外，“德渤3号”自身带有动力，行驶速度更快，可快速运抵发射海域实施发射，发射效率更高。本次发射中，长十一火箭成功将吉林一号高分03组卫星送入535公里的太阳同步轨道，这也是我国首次实施太阳同步轨道的海上发射，意味着海上发射的轨道适应性更强。此前，长十一火箭虽然在陆基发射场执行过多次太阳同步轨道发射任务，但在海上发射太阳同步轨道卫星尚属首次。相较于2019年6月5日首次海上低倾角发射任务，本次任务中，长十一火箭要将9颗重约42千克的卫星送入距离地球535公里的太阳同步轨道，对其运载能力要求更高。据介绍，太阳同步轨道的发射射向固定，海上发射选择的发射海域和发射点一旦得到验证，后续可相对固定。同时，目前太阳同步轨道的发射任务比较频繁，且陆地发射残骸落区选择越来越困难。因此，实施太阳同步轨道的海上发射将更加突显出海上发射的优势。
（来源：昆仑策网，转编自“国资小新”，根据新华社、人民日报、新闻联播、科技日报、中国航天报等相关素材整合）
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