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1 # 烽火狼煙觀諸侯
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2019年6月5日12時06分,中國在黃海海域使用長征十一號運載火箭成功完成“一箭七星”海上發射技術試驗,這是中國首次在海上進行航天發射,填補了中國運載火箭海上發射的空白,為中國快速進入太空提供了新的發射方式。
運載火箭的海上發射,相比陸基發射,有何難度呢?
1.需要“航天+海工”技術的完美融合
要有甲板面積足夠大,足夠高科技的發射所用的船臺和火箭發射塔架,這考驗國家的整體科技和工程製造實力。以中國這次海上發射為例,該海上發射平臺來自一艘大型半潛式萬噸級駁船,甲板面積十分巨大,長110米,寬近80米,面積超過一個標準的足球場。由它改裝成的發射平臺,可以同時容納下火箭、各種保障車輛以及各種配套裝置。而傳送塔架高15.5米,它是為此次海上發射特別定製的。
也就是綜合利用了中國在大型船舶、海上平臺、港口資源和固體火箭方面的成熟技術,是各方面技術的有機融合和昇華。
2.海上發射平臺的穩定性
在發射之前,長征十一號火箭將在塔架的牽引下完成起豎,同時塔架還要能保證整個火箭箭體的穩定,確保不受惡劣海況條件的影響。海上有風浪,發射船臺也不應該受到影響。為此,本次任務團隊採用了海上動基座瞄準技術,箭/架/船耦合動態分析技術和動態條件下全方位發射技術。
3.體積較小、效能可靠的、使用固體燃料的運載火箭
為啥這次海上發射,要選擇長征十一號運載火箭,是因為它是中國長征系列火箭中唯一使用固體燃料作為推進劑的火箭。固體燃料就意味著燃料可以提前填充好,並且長期貯存。不用像液體火箭一樣在發射前進行燃料加註,節省了大量的發射準備工作。海上發射前,只要把火箭起豎起來,進行地面電纜的連線就可以了。
長征十一號全長近21米,箭體直徑2米,長度幾乎只有其他火箭的一半。個子小也有個子小的優勢,這樣它就可以更加靈活快捷地進行運輸和發射。截至目前,長征十一號固體運載火箭共進行7次發射,其中6次陸上發射、1次海上發射,體現了長征十一號運載火箭的高效能與高可靠性。
4.無線通訊的可靠性和完善的天氣監測預報體系
在發射前後要有高度可靠的監控探測體系來保障海上發射任務的進行,能夠隨時監測周圍環境的海況,火箭各部件的執行狀態和各項引數。要能透過衛星監測和預報臺風等極端天氣,準確測量海面風場。海上發射場和陸地指揮中心要能可靠通訊和資訊共享,緊急情況下要能聯合故障排除等,儘量選擇最好的發射時機。
還要解決陸地系統與海上平臺系統耦合、測控通訊的除錯和陌生地域自主化等難題。遠望七號船作為此次發射任務的指揮船,圓滿完成海上指揮、火箭跟蹤測量和任務保障等多項工作,正式使用和驗證了中國首款海基測發控軟體系統。
本次海上發射任務,不同於以往常規火箭發射時,使用有線通訊系統傳輸控制和監測訊號,而只能使用無線傳輸形式。因此長征十一號運載火箭也成為國內首枚採用無線測發控制技術實施發射的火箭。
5.測控模式由陸基變為天基
本次海上發射任務的測控系統以天基測控為主,與陸基火箭發射使用陸地和海上測控相比,天基測控系統不需要大量減少各種基站,也不需要建造多艘航天測量船,但是需要發射多顆測控通訊衛星,具有覆蓋面廣、實時性好、效率高等顯著特點。當然中國有眾多完備的各種衛星,還要“北斗”導航系統,自然具有天基測控的優勢,但是其它國家就不一定了,這也是俄羅斯和西方多次嘗試海上發射運載火箭沒有成功或未取得重大進展的原因。
6.要克服海上發射環境的特殊性
海上發射火箭有一些不同於陸基發射的特殊性,比如容易受到含海鹽空氣的侵蝕,潮溼氣候對火箭整個發射系統零部件的影響,且海上多雨和颱風,天氣情況複雜且多變。要從實踐中摸索出若干各方面理想的發射場地,吃透所在海區的氣候,洋流,海洋漁業活動,逐步建立固定的海上發射根據地。
7.完善的救援機制
如果發生天氣或發射事故,陸地總部要能迅Superb船抵達,必要時能快速出動,進行保障,支援和救援。
8.安控難度和技術保密性挑戰
由於海上發射很多情況下發生在公海,這次試驗發射是在中國領海黃海,比如以後可能去赤道附近發射,那裡緯度低,能最大限度利用地球自轉力,節省燃料的同時,進一步提高火箭運載能力。這種情況多需要周圍有軍艦護航,劃定任務區域,禁止他國船隻進入和更快打撈殘骸,確保技術不洩露,不被他國獲取。電磁通訊訊號注意保密。
9.一套切實可行的全新技術流程、組織模式和運輸組裝模式
在新的海上發射平臺中,要研究解決火箭運輸,起豎,對接,加註當中的自動化問題,最佳化和改善發射程式,解決陸海通用星箭對接潔淨環境保障技術難題。
探索採用“鐵路+公路+海運”的全新運輸模式。本次海上發射任務,太原衛星發射中心在組織模式上創新,依託數字化指揮系統,針對任務需求進行了模組組合,大大簡化組織模式,減少了中間環節。也就是說,本次發射任務有“四新”,即技術新,環境新,流程新,模式新。
10.高標準要求的星箭組合體整體出廠
以往陸基發射時,長征十一號火箭要分為幾個部分運往陸基靶場,在那裡完成組成,測試,而海上發射要求全箭對接、衛星對接與測試工作前移至總裝廠,因為後續就是運至港口登船準備隨時發射,這就對組織管理和質量管控提出了嚴峻挑戰,要求組織測試的整個流程,不能出任何差錯,或者出差錯能很快檢測出來並修復,要求工作人員嚴格細緻入微地完成每道工序。
總之,海上發射相較於陸基發射,是一個系統級全方面的躍升,海上發射的背後是一個龐大的組裝、對接、指揮、發射、控制、監控、除錯、導航、測量、保障等等的大系統,技術門檻非常高,是國家綜合科技實力的體現!是技術能力和管理能力的重大提升!
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3 # 靜雅宅
落區安全是內陸發射任務設計中必須考慮的重要因素。發射前夕,需要對火箭助推器、一級和整流罩等分離體的實際落區進行人口疏散,確保地面人身安全。同時,落區的選擇不僅制約發射軌道設計,也可能影響火箭的運載能力。而透過海上航行,可以遠離人口稠密地區,靈活選擇發射點和落區,解決安全問題。
在臨近赤道的地方發射衛星,不僅能節省衛星調姿變軌的燃料,還能最大限度地利用地球自轉為火箭省力。但即使是中國最靠南的文昌衛星發射中心,位置也在北緯19度。在海上發射,則可以填補中國0至19度傾角衛星發射能力的空白,滿足各種傾角衛星的發射需求。
相比陸基發射臺,起伏波動的海上平臺給發射帶來了新的技術考驗,在常規發射任務中,火箭的控制和監測訊號透過有線通訊系統傳輸,而在海射任務中,只能透過無線傳輸形式來實現,因此CZ-11 WEY號也成為國內首枚採用無線測發控技術實施發射的火箭。
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,而本次任務沒有專用火箭測試廠房,全箭對接、衛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,由總裝廠經鐵路、公路運輸至港口,到達港口後僅用二三天測試準備隨即登船,航行到指定海域後可隨時發射。這套工作流程相比以往不僅大幅縮短,而且全程不可逆,是對組織管理和質量管控的嚴峻挑戰。
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這為中國運載火箭海上發射活動,快速進入空間提供了更加安全、靈活、經濟、高效的新型發射模式填補了空白。
CZ-11 WEY號火箭海上發射平臺
火箭發射由平穩的陸地轉向海洋發射是對發射平臺、火箭穩定性的升級版綜合考驗,技術難度增加不少!據長征十一號副總設計師管洪仁介紹,本次任務特點是“四新”,即技術新、環境新、流程新、模式新。
難度1、陸基發射臺發射時不會移動, 但海上發射平臺是起伏波動的, 因此採用了一種特殊的瞄準技術和動態條件下的發射技術, 來應對海水波動。
難度2、對火箭的控制和監測訊號在陸基發射中透過有線通訊系統傳輸,而在海射任務中,只能透過無線傳輸形式來實現,這是國內首個採用無線測發控技術實施發射的型號。
難度3、以往火箭的飛行安全控制需要地面人員監測和控制, 而本次任務是由火箭自身根據飛行情況,實時自主判斷和實施的,這也是中國火箭實現首次自主安控。
難度4、以往長十一火箭要分幾個部分運往陸基靶場, 並在陸基靶場完成組裝、測試,而海陽港碼頭沒有專用火箭測試廠房,因此全箭對接、衛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,後續還能實現火箭到港後直接登船。航行到指定海域後可隨時進行發射,發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鹽霧、高溼、電磁條件複雜的海洋環境。