除了發射塔，火箭還有哪些特殊發射方式？

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作者：李會超

中國科學院國家空間科學中心 空間天氣學國家重點實驗室

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Space X火箭回收發射

隨著Space X實現史上首次「二手火箭」發射的成功，許多人紛紛都在感嘆科技的力量，但是你知道有許多火箭發射的方式其實很不一樣嗎？

我們經常可以在電視中看到火箭發射的情景，隨著指揮員一聲令下，火箭底部噴出熊熊尾焰，從發射架上升起，向茫茫太空中奔去。

的確，多數火箭發射都是在發射塔架上完成的，在發射前的一段時間，火箭就要運抵發射場，進行總裝、轉運，加註燃料，最後被發射升空。

然而，有那麼幾種火箭，偏偏不走尋常路，它們風格迥異，一般都採用一些特別的發射方式。下面，就讓我們一一認識它們吧！

特別方式一——核潛艇發射

我們知道，戰略核潛艇是有核國家二次核反擊的主要工具。

它可以潛伏于海底之下，可以游弋到大洋深處，暗中觀察敵方目標。如果本國陸基核設施被敵方第一波核打擊摧毀，核潛艇可以在水下向敵國發射搭載核彈頭的潛射彈道導彈來進行報復。

在「冷戰」時期，美蘇兩國不斷改進潛射導彈技術，讓人類自我毀滅的手段越來越高超。

1991年8月6日，蘇聯667BDRM型新莫斯科夫斯克號潛艇在訓練中進行了人類史上的第一次潛射導彈齊射，16枚導彈同時發射，創造了一個恐怖而瘋狂的紀錄。

冷戰結束後，俄、美開始削減軍備，為了消化之前的導彈庫存，俄羅斯航天技術人員鑄劍為犁，將R-29RM型潛射導彈改裝成了可以發射人造衛星的Shtil 型運載火箭。

1998年7月7日，曾經創造紀錄的新莫斯科夫斯克號潛艇在巴倫支海上發射了一枚Shtil 型運載火箭，成功的將德國柏林技術大學的Tubsat-N和Tubsat-N1衛星發射升空，這次發射也成為了人類第一次從核潛艇上進行的衛星發射。

在改造成Shtil 運載火箭時，R-29RM導彈的整體結構沒有大的改動，原來安裝核彈頭的地方用來安裝衛星，導彈上原來用於制導的天線被拆除，取而代之的是發射衛星需要的測控裝置，控制導彈飛行的軟體也隨之做了調整。

除了1998年的那次發射外，這種運載火箭還在2006年將俄羅斯科學院用於進行地球磁場變化與地震研究的Kompass-2衛星發射升空。

目前，俄羅斯技術人員還對Shtil 火箭的頭部提出了改進方案，以使這種火箭能夠發射體積、重量更大的衛星。

而且，在陸地上設置的發射場，為了避免火箭飛過人口稠密地區所帶來的安全風險，一般都對火箭的發射方向做了限制。例如，美國的卡納維拉爾角航天基地發射的火箭只能向東北或東南方向飛行（發射方位角35度～120度），從而不能發射極軌衛星。

核潛艇因為可以機動到遠離大陸的海洋地區進行發射，因此不會受到這種限制，理論上可以發射任何軌道傾角的衛星。

然而，由於核潛艇的彈艙體積有限，火箭的體積不能設計的太大，火箭的運載能力因此大大受限，Shtil 火箭的兩次發射中，最重的衛星也只有77公斤。面對當今動輒幾噸重的各類衛星，這個運載能力實在是捉襟見肘，這也是這種火箭僅僅進行過兩次發射的原因。

特別方式二——汽車發射

1991年，美蘇兩國簽署了第一階段削減戰略武器條約。按照條約規定，當時兩國的不少導彈都要從武器庫中除役。

一枚導彈的成本巨大，直接拆毀實在可惜，於是條約中規定了一種變通的方式：可以將現役導彈改裝成運載火箭。

按照這個方法，蘇聯的後繼者俄羅斯將SS-25「白楊」（Topol）型洲際彈道導彈改裝成「起飛一號」運載火箭。

SS-25是一種使用三級固體燃料發動機的導彈。在改裝成運載火箭時，這三個子級被保留下來，原來的核彈頭則被火箭的第四級和有效載荷所替代。

SS-25導彈使用一種特別製造的卡車進行導彈的轉運和發射，「起飛一號」延續了這種發射方式，這種卡車被稱為運輸起豎發射一體車（transporter-erector launcher，簡稱TEL)。

TEL不但能平穩地拉著「起飛一號」這個四十多噸重的龐然大物東奔西走，裝載火箭的發射筒還能在轉運過程中對火箭提供保護，減少外部溫度與濕度的變化對火箭內精密設備的影響。

到達預定發射位置後，TEL會伸出四個支架支撐穩車身，再將發射筒樹立起來。

火箭在發射時，TEL首先向發射筒中注入加壓空氣，將火箭逐漸推出發射筒，當火箭上升到30米高度、箭體已經完全和發射車分離後，火箭的一級發動機才點火工作。這樣，可以避免火箭的尾焰對發射筒的灼燒。

巧合的是，曾經用來瞄準美國的白楊導彈，在改裝成「起飛一號」火箭後，獲得的第一個國際發射訂單也來自於美國。1997年12月24日，「起飛一號」將美國DigitalGlobe公司的Early Bird 1對地觀測衛星送入太陽同步軌道中。

時至今日，這種火箭已經完成了7次發射，其中6次成功、1次失敗。

除了能夠變廢為寶、消耗裁減的武器外，這種車載發射的方式還具備機動性強的優點。在配備相應測控條件的情況下，幾乎可以在陸地上的任何地方進行火箭發射。

但是，這種火箭的運載能力和主流大型火箭相比存在不小的差距，近地軌道載荷的發射能力為532kg，太陽同步軌道載荷的發射能力為167kg，只能用來發射小衛星。

特別方式三——飛機發射

每年下半年，肆虐北美大陸的颶風會給當地人民帶來巨大的生命財產損失。

2016年12月15日，由8顆微小衛星組成的颶風全球導航衛星系統（GYGNSS）成功發射入軌。

這個由美國密歇根大學和西南研究院研製的衛星系統，通過接收衛星發射和海面發射的GPS信號測量海平面附近的風場，為理解颶風中心的海洋大氣相互作用的情況提供數據，幫助人們在未來更加準確的應對颶風的動向。

發射這八顆衛星的火箭並非從地面起飛，而是首先搭乘一架改裝的民航客機上升到萬米高空，再在那裡點火、發射，進入太空。

這種能夠從半空中發射的火箭名叫「飛馬座」（Pegasus），是美國軌道科學公司在上世紀90年代初設計的一種運載火箭。

飛馬座有基本型和增強型（XL）兩種構型，目前基本只使用增強型執行發射任務。

和大型運載火箭相比，飛馬座的尺寸和重量上都要小不少：XL構型的長度為17.6米（約相當於長征2F的1/3），重量約為2.3噸（約相當於長征2F的1/20）。這種火箭的近地軌道有效載荷發射能力只有約400kg，因此只能用來發射小衛星。

起初，飛馬座的發射由NASA的B-52轟炸機執行（你沒看錯，這個大殺器的確屬於NASA，但這架B-52的任務不是傾瀉炸彈，而是航空技術測試）。從1994年起，一架由L-1011「三星錐」型噴氣式客機改裝的飛機被用作發射平台。

發射前，飛馬座火箭被固定在飛機腹部，當飛機到達12000米高度的預定發射空域後，會把火箭從機體上釋放。

火箭首先在無動力的狀態下進行5秒的自由落體飛行，獲得與飛機足夠安全的距離。

之後，火箭一級發動機點火。在一級發動機工作的過程中，火箭的姿態由火箭的尾翼控制，火箭前部的主翼可以增加火箭所受到的升力，此時的火箭有些像一架在空中飛行的小飛機。

在一級火箭工作完畢後，機翼隨一級火箭一同脫離，之後的飛行姿態由二級、三級火箭上的矢量噴管控制。

在飛馬座XL構型中，還安裝了一個輔助動力系統，用於提高火箭運載能力和入軌精度，同時也可以實現一箭多星的發射。

與從地面發射的運載火箭相比，這種空射火箭可以靈活的選擇不同經緯度的發射場發射。

除了可以從美國本土的四個基地起飛發射外，飛機還能攜帶飛馬座火箭從大西洋沿岸的加那利群島、中太平洋的瓜加林環礁和赤道附近的巴西阿爾坎塔拉起飛發射，飛機釋放火箭的位置一般選擇在遠離人口稠密的地方，火箭射向不再受限制，這樣不僅增加火箭發射的窗口時間，還可以擴大軌道傾角的範圍。

由於火箭釋放時，高度已經高於大部分天氣現象發生的高度，可能遇到的風切變強度也較低空更低，因此天氣條件對火箭發射的制約被大大降低。

此外，在空中發射時，火箭已經具備了一定的高度和速度，能夠節省火箭的設計製造與燃料成本。據計算，如果在地面發射的火箭，要達到與飛馬座火箭相同的運載能力，其起飛重量將在27噸左右，是飛馬座XL火箭的十多倍。

在戰爭發生時，這種火箭還可以藉助數量較多的機場設施，靈活快速的發射軍用小衛星，提高己方的空間作戰能力。

目前，另一家空間技術公司「維京銀河」正在研發新一代的空中發射火箭LauncherOne。

這種火箭的發射方式與飛馬座基本相同，發射載具為性能更先進的波音747-400客機，將為未來的微小衛星發射提供新的選擇。

據悉，LauncherOne預計將於今年年內進行第一次發射測試。

作者：李會超中國科學院國家空間科學中心 空間天氣學國家重點實驗室

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