中國將挑戰美俄烏挪四國聯手打造的海上發射傳奇

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共7171字，70圖。預計閱讀時間：1小時。

本文是運載火箭發射系列文章第1季的第3篇。在本季開篇《空中發射運載火箭能夠節省多少能量？》，小火箭與大家對空中發射運載火箭進行了相關計算，給出了對於運載火箭來說，強調初始發射速度要優於初始發射高度的結論。並且文中給出了飛馬座運載火箭的彈道。

本季第2篇《世界最大的飛機下線：重燃空中發射火箭熱情》，小火箭給出了空中發射運載火箭的最新概念。

本文，小火箭要與大家一起探討的，是運載火箭的海上發射技術。

共探討4個問題：

第一：海上發射運載火箭有哪些優勢？

第二：海上發射運載火箭需要怎樣的平台？

第三：海上發射運載火箭的設計案例；

第四：暢想海上發射的未來。

優勢

基於海上發射平台的運載火箭發射相對於傳統的陸上發射有以下5個優勢：

第一：利用海上平台將運載火箭運到赤道附近發射能夠最大限度地利用地球自轉的力量增加火箭的運載能力。

要知道，地球在赤道上擁有最大的自轉線速度，高達465.1米/秒。

這是海上發射公司的一次發射活動的地面軌跡。可見，火箭是從赤道的位置發射的，一路向東，最大限度地利用了地球的自轉。利用這樣的自轉，可以讓體型較小的運載火箭完成同樣的運載任務。

（起飛重量甚至能減少28%。）

第二：在發射軌道傾角為0°的同步軌道衛星時，在赤道附近海域發射可以避免衛星向0°傾角的地球同步軌道轉移的軌道平面變化。火箭的運載能力和衛星的在軌壽命能夠得到顯著提升 。

僅從軌道傾角方面考慮，同樣的火箭，如果從赤道海域發射，可以比從北緯28.5°的卡納維拉爾角發射的載荷增加18％左右。

第三：海上發射能夠遠離人口稠密地區，有助於減少火箭發射對人的不利影響，降低火箭出現故障後的附加危害風險。這樣有助於降低投保費用。

第四：海上發射，尤其是在廣袤的公海上的發射，與民航飛機的航線和其他船舶航線的衝突較少，對於清除空域的要求較低，甚至可以通過海上機動來自主選擇與世無爭的發射位置。

第五：在海上發射，運載火箭的一級和二級落區可全部在公海上，不必為躲避居民區而限制火箭的發射方位角，因此可以實現任意軌道傾角的發射，這個優勢是陸地發射難以企及的。

一艘海上發射平台的可用發射方位角相當於美國卡納維拉爾角發射基地與范登堡空軍基地兩個發射場的總和。

上圖為美國東西海岸的主要運載火箭發射場與主要射向示意圖。射向扇面用燈光來表示。小火箭攝於某國家航空航天博物館。

小火箭在本文以迄今為止世界上唯一能夠提供此類服務的海上發射公司為例，講述海上發射系統的平台和火箭。

實際上，中國航天科技集團公司已表明，我國在開展海上發射試驗後，計劃從2018年開始推出面向商業市場的海上發射服務。這是後話了，小火箭非常期待。

公司

1995年4月 ,美國波音公司商業空間分公司 、俄羅斯能源火箭公司、烏克蘭南方設計局, 以及挪威克瓦納集團這4個大集團聯手，組建了海上發射公司。

這4個集團每一個都不簡單。

波音就不用提了，最大的航空航天飛行器製造商，全球第二大軍火集團。

俄羅斯能源火箭公司，是聯盟系列運載火箭、N-1運載火箭（有關該運載火箭，詳見小火箭的公號文章《承載蘇聯載人登月夢想：N-1火箭》）、禮炮號空間站的締造者。

烏克蘭南方設計局，1954年由蘇聯一家汽車廠改造而成，在導彈設計大師楊格爾的帶領下，研製出了蘇聯第一款量產型核導彈R-12。

該導彈共生產了2335枚之多，從1959年一直服役到1993年！

噢，差點兒忘了提，R-12彈道導彈是古巴導彈危機的主角。

楊格爾去世後，另一位導彈設計大師烏特金接替他執掌南方設計局。不久，當年世界上威力最大的洲際彈道導彈撒旦誕生。

該導彈可攜帶10枚75萬噸TNT當量的分導式核彈頭或者1枚2500萬噸TNT當量的熱核彈頭。

冷戰結束，撒旦導彈失去了戰場。另外，美俄削減戰略武器條約開始生效，撒旦導彈被要求全部退出現役。

本著不暴殄天物的原則，南方設計局將撒旦導彈改造為運載火箭（世界上僅有的從戰略核導彈地下發射井中發射的運載火箭），名為第聶伯。

從此，南方設計局拿著這款世界上最大的洲際彈道導彈開始進軍國際商業發射市場。

挪威克瓦納集團是歐洲最大的海上鑽井平台和船舶製造公司。

1995年，來自美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威的四大集團共同出資，共同出技術，在開曼群島註冊成立了世界上第一家能夠持續提供海上發射業務的公司。

美國波音出資40%，提供系統整合與總體優化和衛星平台技術；

俄羅斯能源火箭出資25%，提供天頂運載火箭第三級的技術；

烏克蘭南方設計局出資15%，提供天頂運載火箭第一級和第二級的技術；

挪威克瓦納集團出資20%，提供發射平台和指揮控制船舶的技術。

1999年3月，海上發射公司成功發射了第一枚運載火箭。

2000年的時候，波音收購了休斯公司的空間與通訊業務。這下子，海上發射公司厲害了。

2000年，波音公司收購了休斯公司。休斯公司引以為傲的航空航天實驗室被波音、通用汽車和雷神這三巨頭所瓜分。

這家由傳奇的飛機設計大師、億萬富翁霍華德·休斯一手創建的充滿航空航天情懷的公司就這樣沒了。留給世人的，是休斯發明的襯墊胸罩、帶鋼圈上托聚攏型胸罩、創造世界紀錄的H-4雲杉鵝水上飛機、世界上最早的地球同步軌道衛星、AIM-4空空導彈、AIM-120空空導彈和阿帕奇武裝直升機。世界上第一台實用激光器、早期的離子發動機也出自休斯公司。

在上世紀80年代之前，世界上80%的通信衛星都是休斯公司生產的。即使是到2000年休斯公司不復存在之時，休斯公司研製的通信衛星在地球軌道上也依然佔據了40%的份額。

由四大集團組成的海上發射公司，包攬了從衛星平台到運載火箭再到船舶這三大領域的技術巔峰。

波音收購的休斯空間與通訊公司的知名產品包括：

1963年發射的世界上第一顆地球同步軌道衛星，

1966年發射的世界上第一顆地球同步軌道氣象衛星，

1966年發射的探索者一號月球著陸器，

1978年發射的先鋒號金星探測器，

1989年發射的伽利略號木星探測器。

休斯空間與通訊公司還製造了大量的軍用和民用衛星。2000年的時候，40%的通信衛星是這一家研製的。

俄羅斯能源火箭公司和烏克蘭南方設計局則是蘇聯運載火箭與洲際彈道導彈技術的嫡傳後裔。

挪威克瓦納集團則代表了當時歐洲最高的造船技術水平。

平台

這就是海上發射公司用於發射運載火箭的海洋奧德賽號。

這座平台一開始其實不是為了海上發射專門設計的，而是日本住友重機械工業株式會社在1983年建成的海上移動石油勘探和鑽井平台。

該鑽井平台被美國船級社認定為+A1 +AMS級。

這個120米長，69米寬，擁有1.245萬馬力動力的自航半潛式平台被認定的這個級別，並且擁有這樣的設計，意味著什麼呢？

意味著強悍的海上穩定能力。該鑽井平台能夠同時應對100節的風速+110英尺的浪高和3節的暗流。

翻譯成咱們常見的單位，100節的風速也就是190公里/小時，也就是54米/秒的風速。

要知道，12級颱風的風速為37米/秒。54米/秒的風速，按風級對應為17級超強颱風（四級颶風）。

110英尺的浪高相當於33.5米。

原本設計用來在阿拉斯加海域的驚濤駭浪和刺骨寒風中獨立鑽探的平台擁有比較完備的環境控制系統和完全封閉的生活區（支持68人長期居住）。

平台甚至對鑽頭都可進行溫控。在-35℃的環境中，平台可以藐視一般的風浪，進行持續作業。

海上發射公司成立後，波音和挪威克瓦納幾乎同時看中了這個平台。巨大的抗風浪能力、充足的電力供應、完備的環境控制系統，這簡直是為運載火箭的海上發射活動量身打造的。

用克瓦納的工程師的話說，就是：即使是從頭設計，從零開始建造，我們最後能夠拿出來的平台最多也就是這個樣子了。

上世紀90年代，海洋奧德賽號鑽井平台被拖到克瓦納集團的維堡造船廠進行升級改造。

維堡這個地名，熟悉第二次世界大戰歷史的好友或許一下子就認出來了。這座在聖彼得堡西北方113公里處的港口城市，歷史上曾多次易主。

1940年，冬季戰爭之後，芬蘭將這座堡壘港灣割讓給了蘇聯。

1997年5月，煥然一新的奧德賽號下水。

挪威克瓦納集團的工程師把她打造成了一個海上發射平台。他們延長了平台，增加了火箭發射場的設備。

現在的奧德賽號的參數：

長132.91米，寬67.02米，最大吃水深度34.51米。

空載排水量2.7萬噸，滿載排水量4.59萬噸。

8台羅羅公司的卑爾根KVG/B-12發動機給奧德賽提供了強大的動力。

這樣的發動機，單台功率就高達1550馬力！

在準備發射火箭的時候，奧德賽平台會進入半潛狀態，以進一步增強穩定性。

這個能夠抵抗17級大風和34米巨浪的平台，是能夠在赤道海域的風浪中淡定從容地工作並經受住火箭發射時的巨大噴流的。

平台的續航能力如何？

上圖這張照片證明，奧德賽的續航能力還是不錯的。

因為這既不是赤道附近也不是挪威或者俄羅斯的港口，而是加拿大不列顛哥倫比亞省西南部首府地區的埃斯奎莫爾特鄉的港口。

值得一提的是，加拿大皇家海軍太平洋艦隊的司令部就在這個港口附近。

火箭

說完了由挪威克瓦納集團改造的奧德賽海上發射平台，再來說說運載火箭本身吧！

是不是很眼熟？

沒錯！這就是小火箭在公號文章《RD-170：世界上推力最大的液體火箭發動機》一文中提到過的天頂號運載火箭。

蘇聯在1970年代開始了一個野心勃勃的大型運載火箭系列計劃，準備以同一款大推力火箭發動機為基礎，發展多種發動機型號和運載火箭型號。這個計划進行地比較順利。實際上，天頂號火箭是蘇聯解體前發展出來的技術含量最高的一款火箭。上圖為正由軌道運載器運到發射台的一枚天頂號火箭。注意，火箭尾部的四個大噴管屬於同一台發動機。

負責這個火箭項目的設計局值得一說。天頂號是由導彈設計大師米哈伊爾·庫茲米奇·楊格爾牽頭成立的南方設計局的項目。雖然該設計局（蘇聯內部代號586設計局，或者按某些地方的習慣，叫做586所）在接手天頂號火箭項目的時候，所長楊格爾已經去世5年了，但是他的副手完全有能力把設計局撐起來。

這個人便是楊格爾的學生、副手：弗拉基米爾·烏特金。他是包括SS-18撒旦洲際彈道導彈在內的多款導彈的總設計師。其脫密後，被後人尊為蘇聯導彈「教父」。

烏特金提出了天頂號火箭的最大技術特點：

火箭具有環境友好性，且具備超強的載荷能力，還要讓發射工序實現完全無人化。

火箭被機械裝置自動吊裝在發射台上並連上地面控制管線，其後在發射準備、點火或因發射任務取消而須從發射台上撤下時都不需要進行手動操作，從而大大減少了因發射事故導致人員傷亡的可能性。

此外，天頂號的發射台不包含任何在發射時有可能被燒毀的設備，因此在發射完成5小時之後，就可以再次進行發射。

1985年4月13日，第一枚天頂號運載火箭從拜科努爾航天發射場發射，雖然沒有把模擬的有效載荷送入軌道，但是RD-171發動機工作正常。問題出在第二級的RD-120發動機上。

1987年5月15日，蘇聯發射了第一枚能源號運載火箭。然而，到了1988年11月15日，隨著能源號的最後一次發射，所有的大型航天項目都面臨著被終結的命運。

（有關能源火箭，詳見小火箭的公號文章《能源：承載蘇聯太空梭夢想的傳奇火箭》。）

到了上世紀90年代初，這個紅色帝國倒下的時候，RD-170系列也終於和蘇聯的火箭暫時告別了。

但是，那時候，RD-170發動機已經成功進行了618次發射，在累計69579秒的燃燒時間內，她證明了自己的可靠性。並且一次又一次地展示了世界上推力最大的液體火箭發動機的魅力。

後來，美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威的四大集團共同投資的海上發射公司成立了。天頂號火箭帶著RD-170發動機一起，獲得了新生。注意，上圖的天頂號火箭的第一級的四個噴口，出自同一台RD-171發動機（RD-170發動機的伺服機構增強版本。）

這枚起飛重量達465.8噸的火箭由1台發動機托起。另外注意，帶有濃厚的烏特金設計風格的火箭發射裝置。

RD-171液氧煤油火箭發動機

天頂號運載火箭長58.653米，直徑3.91米，發射質量465.8噸。

哈！看到近地軌道運載能力13.51噸這個參數，眼熟吧！

是的，咱們的長征7號運載火箭的近地軌道運載能力同樣為13.51噸左右。

但是，設計得已經足夠優化的長征7號運載火箭的發射質量為597噸。擁有相近的運載能力，但是長征7號火箭足足比天頂號運載火箭重了131.2噸（也就是重了28.17%）。

本文第一章講述海上發射五大優勢的時候，在第一條已經指出了28%這個數據。

同為比較優秀的兩款運載火箭，一款代表蘇聯時代的最高設計水平，一款是即將在今後承擔我國80%的發射任務的主力軍，為何起飛質量差這麼多？

實際上，這體現了海上發射的優勢。咱們的長征7號運載火箭如果在赤道海域發射的話，運載能力將會遠超天頂號運載火箭。等著瞧吧！

天頂-3運載火箭的第一級與天頂-2運載火箭通用。注意上圖的第一級火箭箭體上的大大的海上發射公司的名字：sea launch。

天頂號運載火箭量產起來還是蠻有感覺的。

天頂號運載火箭的第二級。注意帶有濃郁蘇聯風格的桁架結構級間段。

我們在聯盟火箭和某些國家的洲際彈道導彈上能夠看到類似的結構。

天頂號運載火箭從奧德賽號海上發射平台發射時的場景。

那麼，問題來了。

海上發射的成功率到底如何呢？

小火箭統計了1999年3月至今的海上發射公司所有的發射活動，凡36次，其中32次成功，1次部分成功，3次失敗，成功率為88.89%，按最終入軌成功率來說，為91.67%。

（就是把部分成功那次算成功了）

對於一款商業貨運運載火箭來說，算是中規中矩。

小火箭註：2004年6月28日的那次部分成功，是海上發射公司發射亞太5號通信衛星時，火箭推力稍有不足，未能將衛星送入預定軌道，但後來衛星憑藉自己的力量還是成功入軌。該衛星目前依然在軌道上正常工作，並預計將工作到2018年。

大船

實際上，整套海上發射系統不僅有發射平台和運載火箭，還需要一艘指揮控制船（該船平時還作為貯存和運輸運載火箭之用）。

指揮艦、發射平台與運載火箭三個子系統構成了整套海上發射系統。

這艘名為「海上指揮者」的大船是挪威克瓦納集團研製的。

海洋指揮者號在克瓦納集團的蘇格蘭格拉斯哥造船廠建造。

說起格拉斯哥，可是大船的搖籃了，甚至可以說是工業革命的聖地。全世界工程師都應該知曉這個地方。

公元1736年，一個叫詹姆斯·瓦特的人誕生在蘇格蘭格拉斯哥的郊區小鎮。

對，就是那個後來大幅改進了蒸汽機的瓦特。

他後來沒有離開故鄉，而是就近在格拉斯哥成立了公司，賣出了1166台蒸汽機。

在維多利亞時代，成為蒸汽機的誕生地的格拉斯哥有多厲害？

當時全世界性能強勁的蒸汽機和船舶大多產自格拉斯哥。該城市是繼倫敦和巴黎之後，第3個人口超過100萬的歐洲城市，被譽為大英帝國第二城。

直到今天，格拉斯哥依然是英國造船業的核心城市。英國皇家海軍的大量軍艦就誕生在這裡，就不展開說了。

1997年在格拉斯哥下水的海洋指揮者號，長203米，寬32米，吃水8米，滿載排水量3萬噸，續航能力3.3萬公里。

天頂號運載火箭是從船屁股這裡登船的。

在長途運輸時，天頂號運載火箭存放在海洋指揮者號內。

臨發射前，海洋指揮者號會用尾部接駁在奧德賽號上，然後平移火箭。

到達平台底部的火箭接著被吊運到平台頂層。

當然，平台本身也能較長時間地維護火箭。有時為了等待發射時機，奧德賽平台可以帶著起豎狀態的天頂號運載火箭靠港休息。

未來

海上發射公司，由四個在航空航天航海領域很牛的集團組建而成。但是，在2009年6月22日，該公司還是宣布破產了。

原因很多，2006年，海上發射公司的總經理吉姆被SpaceX公司挖走了，成為了SpaceX公司的首席運營官。

另外，就是美國官方對海上發射公司的干擾了。

1998年，波音公司被美國政府判罰1000萬美元，罪名是向非美國的盟友轉移洲際彈道導彈技術。（波音不是有強大的遊說團隊么？的確有，否則罰款會高達1.02億美元的。）

美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威的組合讓美國技術限制部門頭大了。他們多次強制調查海上發射公司，每次調查都會讓公司停擺2個月。

美國海關也對海上發射公司的破產起到了推波助瀾的作用。

天頂號運載火箭委屈地被美國海關認定為洲際彈道導彈。因此，美國海關強烈地試圖阻止攜帶該火箭零部件的海洋指揮者號停靠加利福尼亞港口。

另外，太平洋相關海域的國家聯名到聯合國參了海上發射公司一本。雖然天頂號運載火箭使用的是環境友好的液氧煤油燃料，而非偏二甲肼/四氧化二氮有毒燃料，但是，該公司的大股東之一是曾經研製出世界上威力最大的撒旦核導彈的南方設計局這個事實還是讓太平洋海域的國家心有忌憚。

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占公司95%的股份，美國波音公司占2.5%，挪威公司占2.5%。從此，之前的四大集團變為三大集團（少了烏克蘭南方設計局），美國和挪威也大幅縮減了投資。

然後，中國發聲了！

中國航天科技集團公司已表明，我國在開展海上發射試驗後，計劃從2018年開始推出面向商業市場的海上發射服務。

咱們的海上發射公司的組成比之前的那個四大集團要簡潔多了。無論是運載火箭還是衛星平台的技術，都是咱們自己的，因此也就避免了國與國之間技術轉讓方面的紛爭。

中國將挑戰美俄烏挪四國聯手打造的海上發射傳奇！

小火箭看好你！

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海上發射運載火箭視頻

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