海上發射，期待已久的衝刺

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作者：郭朝暉

2019年夏日的這場海上發射受到多家媒體關注。發射成功後幾乎在一瞬間，國內外網站上就出現了無數的現場圖片及視頻，甚為轟動。發射前，我們正好和長征十一號運載火箭前總指揮楊毅強在一起等待觀摩。我們問他當時的心情，他回答我們兩個字：忐忑。發射成功後，我們問他又是什麼心情。楊毅強回答：酸甜苦辣，五味俱全！就像自己養的孩子，又不在身邊了……

6月5日12時06分，長征十一號運載火箭在黃海海域成功完成了「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，一時間輿論轟動。

也許，很多朋友會問，海上發射衛星是為了方便更多的人觀看嗎？

其實，運載火箭海上發射是一種新型、高效、靈活、經濟的發射模式，有利於靈活選擇發射點和航落區，滿足各種軌道的有效載荷發射需求。中國現有的四大航天發射場，對於小傾角、低軌道衛星發射都存在著一定的航區選擇困難。其中比較典型的就是酒泉衛星發射中心，如果從這裡向小傾角的低軌道發射——最典型的就是神舟飛船的發射——就可以看出這樣的特點。如果我們回放電視直播的發射過程，會發現火箭的彈道一路穿過酒泉跟蹤雷達、陝西渭南跟蹤雷達、青島跟蹤雷達的監視範圍，進入東海上空。在這個過程中，火箭需要穿過整個西北、華北和東海的人口密集區，給航落區的選擇和安全工作帶來了很大的工作負擔。神舟飛船這樣的國家任務可以動用行政力量來組織落區群眾避險，那麼商業發射就很難這樣做。

「而遼闊的大海則提供了更多選擇。茫茫大海之上，雖然有一些客輪貨輪和漁船在航行，但人口密度到底比陸地上小多了。如果解決了海上衛星發射的難題，發射點可以說幾乎不受限制，在全世界任何理想的海域豎起火箭，就能把衛星打到太空里去。在發射軌道的傾角選擇、火箭的參數配置上，有很大的優越性和靈活性」。作為中國運載火箭技術研究院曾經的技術領軍人，楊毅強向我們介紹說。

為什麼從海上起飛？

選擇海上發射的理由，似乎大都圍繞兩個字——「商業」。

（1）小傾角發射，滿足商業客戶需求

作為我國長征系列運載火箭中唯一的一型固體運載火箭，由航天科技集團一院抓總研製的長征十一號（CZ-11）運載火箭具有發射準備時間短、發射成本低等優勢，是我國商業航天的一支「生力軍」火箭。既然是商業化服務，就要充分考慮客戶需求及體驗。據統計，在未來10年，國內商業小衛星發射需求約1700顆，國外商業小衛星發射需求約6200顆，其中低傾角衛星數量佔到半數以上，這就對運載火箭低傾角、高密度、低保障、國際化的商業發射能力提出了更高和更迫切的需求。

而我國內陸三大發射場都在28度以上，不具備0至13度傾角發射能力；未來長征八號運載火箭在海南可具備19度以上低傾角發射能力，實施0至13度傾角發射任務將大幅損失運載能力（最大約損失80%），但僅依靠一型火箭無法滿足未來小衛星發射需求。採用海上發射，幾乎可以任意選擇發射地點，可有效填補0至19度傾角發射能力空白，並為20度以上傾角發射能力提供有益補充。

（2）航落區安全性高，為商業高密度發射提供可能性

在內陸發射場執行低傾角衛星發射任務時，運載火箭航線均需大範圍跨越國內外經濟發達、人口稠密區，如果在酒泉衛星發射中心向小傾角的低軌道發射，火箭需要穿過整個西北、華北和東海的人口密集區。這給航落區的選擇和安全工作帶來了很大的工作負擔。臨海的文昌發射場沒有這方面的問題，但僅靠文昌發射場難以滿足日益增長的小衛星長期高密度發射需求。

採用海上發射，可以靈活選擇發射點，航落區大多為公海，有效解決航落區安全性問題。

（3）為商業發射探尋更寬鬆、靈活的環境與平台

商業發射如果局限在現有的發射場，會與國家、軍方任務有一定的衝突。如果未來中國商業航天進入黃金年代，酒泉、文昌這樣的大型衛星發射中心，主要能力可能要服務於大型火箭乃至載人商業航天飛行活動，小型運載火箭任務在優先順序上不佔優勢。這其中不但涉及到軍地協調機制，還涉及到保障測控等技術領域。

（4）降成本、降周期

固體運載火箭海上發射採用的發射平台及保障船均可與民用資源有效結合，通過適應性改造即可滿足發射需求，例如本次海上發射所使用的發射平台，即由2.5萬噸級「泰瑞號」浮船塢改造而成。而火箭直接從更低緯度發射，可以利用更多地球的自轉線速度，節省運載火箭的燃料，從而提高火箭運載能力，降低了將其送入目標軌道的單位成本。經初步估算，與固體運載火箭陸上發射相比，海上發射發射場費用可降低約40%，總發射成本可降低約10%；同時與陸上建立簡易發射工位相比，海上發射設施改造費用、建設周期均可降低約50%，可快速形成發射能力。有效降低小衛星發射成本，為固體運載火箭商業化發展模式進行積極探索。

而首次發射作為技術試驗發射，更多的意義則在於：一、突破海上發射技術，驗證固體火箭海上發射能力，特別是對低傾角軌道的適應性；二、探索我國海上發射管理模式，初步形成我國海上發射能力。

把火箭彈射出去！

由此而知，與陸上發射相比，海上發射對港口、碼頭設施及發射船、指揮通信、發射測控、安全管控等方面都有些特殊的要求。比如，必須在港口或碼頭區建立起一定的火箭、衛星貯存、測試、轉運的保障能力。在這次的新聞圖片中，我們看到科研人員在集裝箱上開了一個大洞，把火箭整流罩塞進去檢測。與酒泉、西昌的寬大廠房相比，這實在是太寒酸了。我們就近諮詢了身邊的楊毅強，他稱之為「因陋就簡」。這不也體現了創業企業的務實精神嗎？遇到問題，解決問題、絕不鋪張。「當然，如果未來海上發射業務繁忙，還是必須要在港口、碼頭建設或改建現有設施，滿足火箭、衛星技術準備的需要。」楊毅強補充道。

海上高濕與鹽霧問題，對火箭是一個考驗，要靠發射支持系統來保障。如果火箭在海上短期停留，那麼鹽霧帶來的問題不算大。但是，如果需要長時間航渡——例如去非洲沿岸發射，就必須進行適應性改造。

而更重要的問題，還是發射服務商要擁有優質而可靠的運載火箭。現階段，長征十一號這樣的固體運載火箭正是最佳選擇。

長征十一號作為固體發動機運載火箭，火箭燃料在出廠的時候就已經灌裝在發動機中。與液體火箭相比，在發射準備時間上具有極大的優勢。當火箭和衛星完成了技術準備，密封在發射筒里之後，就具備了隨時發射的能力。

我們從這次發射的視頻中可以看到一個重要的細節。火箭在一陣暗色的煙霧中飛出發射筒，離開筒口一定距離之後，發動機才開始噴射火焰。在火光之中，還可以看到一個黑色的圓盤在彈跳。然後火箭以極快的速度向遠方飛去。這是火箭發射技術中常見的冷發射，也叫作彈射。然而，要讓長征十一號這樣數十噸級的火箭具備冷發射能力，體現了研製單位的高超水平和深厚底蘊。

正是因為有這樣的技術基礎。無論是在陸地上還是在海上，現場團隊所需要做的工作並不多。因此，長征十一號火箭也可以認為是當今航天領域軍民協同發展最成功、最先進的案例之一。哪怕是最近聲名鵲起的紐西蘭電子火箭，在發射準備流程的快捷性和響應速度上，也遠遠比不上長征十一號。

長征十一號國際國內可觀的市場

本次海上發射，還實現了世界航天史上的第一。

為什麼這麼說？

在此之前，美國、俄羅斯、挪威、烏克蘭聯合成立的海上發射公司，用報廢的石油鑽井平台改造為海上發射平台，發射烏克蘭製造的天頂號運載火箭。然而石油鑽井平台工作時需要把支架固定在海床上。如果要選擇另外一個位置來發射火箭，就需要把「腿」收起來，用拖輪拖著這台巨大的機械艱難地移動到下一個發射地點去。

而長征十一號這次的發射是在一條半潛平台——經過改造的萬噸級浮船塢上完成的，也就是說發射之前並不需要把自己固定在海床上，具有極大的靈活性。這就意味著，海上發射的長征十一號可以做到隨時來一場「說走就走的旅行」。而且成本非常低。成本的主要構成一部分來自於平台本身的造價；一部分是人工成本。海上發射公司的平台需要長期固定在海上的某個位置，因此需要長期派人在外海值守。當一名工作人員在外海值班時，無論是在船上還是在平台上，僱主都需要給他額外增加一份酬勞。而對於值班人員來說，這並不是什麼值得高興的事情，生活在遠離陸地的狹小平台上，對人的身心健康與心理的健全來說，都是不利的。而長征十一號的海上發射模式就不存在這個問題。火箭發射之後，平台就可以回到港口，大家各自下班回家。

這樣的機動能力也方便發射服務商更好的滿足客戶的需求。根據楊毅強的介紹，海上運輸的動力學環境對於固體運載火箭來說是很容易適應的，不會對火箭本身產生什麼不利的影響。因此，如果客戶難以承擔把衛星運到中國來發射的成本，需要在靠近自己衛星製造設施的海域發射，那麼發射船隊可以萬里跋涉，前往用戶指定的區域，與衛星會合之後再起飛。真是把商業航天的服務精神貫徹到極致。

然而，石油鑽井平台是固定不動的。駁船受到海浪的影響，多少會有些搖擺。這會影響長征十一的發射精度嗎？當年，楊毅強帶領團隊，嚴密計算了發射活動對海上動基座的適應性。他們發現，依靠火箭現有的一級姿控起控能力和瞄準精度，這個問題是可以解決的，火箭完全可以高精度起飛。對衛星而言，在轉運到發射船之前已經對接在了火箭上，整流罩為它們提供了良好的溫濕度條件，與陸上發射區別不大。

到目前為止，長征十一號運載火箭連續7次發射成功，而且發射服務的價格已經降到了理論極限——也就是一千克一萬美元左右。從國際發射市場看，1000千克以下衛星由固體火箭發射是大趨勢。「快速、簡單、便捷、廉價」的特點，決定了低軌小衛星發射市場的主流必定是固體火箭。而且，隨著全球航天技術的進步，越來越多的國際、國內客戶可以不依靠美國元器件而自行研製衛星。這些衛星可以不受美國政府的管制，自由選擇用什麼火箭來發射。因此，長征十一號的國際國內市場都是非常樂觀的。

全航程測控主力軍：天鏈測控

當然，航天發射並不是把火箭豎起來一按電鈕就行了。需要通過雷達光電精確的測量和控制火箭的飛行軌跡。測控對於商業航天來說尤其重要，因為微小衛星本身所具備的軌道和姿態控制能力較弱，能否精確地進入指定軌道，很大程度上要依靠火箭的能力。那麼，為長征十一提供高水平的測控，是非常巨大的挑戰。中國雖然已經建立起了性能優越的航天測控網，但這張網是為四大陸地發射場服務的。對於海上發射這種新生事物沒有覆蓋能力。

而且，動用國家發射測控體系的成本是非常高的。例如遠望號系列作為世界上最先進的海上測量船隊，出海的費用絕不是一般商業發射能承擔的。根據楊毅強的介紹，如果利用酒泉衛星發射中心的設施和體系來支持發射，所需要支付的費用和長征十一號火箭本身一樣高昂。因此，必須為低成本商業發射開闢一個全新的模式。

長征十一號的發射團隊這次選擇了商業化的解決方案。例如他們選擇的商業發射全航程測控通信保障服務商是北京天鏈測控技術有限公司（簡稱「天鏈測控」）。在長征十一號前幾次的發射活動中，這家公司也提供了優質的服務。天鏈測控的創始團隊主要來自航天系統，最長的工齡超過了20餘年，核心技術團隊人均從業時間也在15年以上，有著豐富的實操經驗和較強的技術根底。

本次任務中，天鏈測控利用了部署在國內外的多套測量設備，實現了全過程的無縫跟蹤測量。整個任務過程中，通信鏈路穩定可靠、遙測數據接收及時完整、參數解算準確高效、數據呈現簡潔直觀，並將數據實時發送至用戶中心，為發射的順利實施提供了強有力的保障，測量跟蹤保障任務取得了圓滿成功。此外，此次發射的七顆衛星中的四顆，也由天鏈測控提供測控服務。

事實證明，本次長征十一號海上發射用一個小規模、低成本的成功，完成了中國航天史上的一個第一。

商業航天模式創新刻不容緩

長征十一號火箭的首次海上發射圓滿成功，但這會給航天界帶來更多的思考甚至於壓力。我們曾經撰文反覆強調，商業航天的關鍵問題在於市場，特別是消費市場，而不是技術本身。現在看來，中國商業航天生態環境中的火箭製造、發射、測控和衛星製造、衛星運營這幾個環節都已經成熟，除非有用戶提出極為特殊的要求，否則，可以說，現在的中國商業航天，已經沒有什麼不可逾越的技術門檻了。

但是，我們的商業航天的模式依然沒有取得突破，原因主要是還沒有找到殺手級應用。天上的200多顆衛星依然有大部分閑置。因此，業界的當務之急是開拓商業航天的消費級市場，到那個時候，這些優秀的火箭和優秀的衛星能力才真正有更大的用武之地。

這讓我們想起楊毅強提到他當年的一個夢想：能夠依託國內沿海地區建立航天港。建造集火箭、衛星貯存、測試、發射一體的專門發射船舶，打造「海上移動發射場」。如果相關國際協調、政策、法律問題能夠理順，還可以在赤道附近形成海上發射能力，最大限度地利用地球自轉提供的速度，形成全球衛星發射能力。

這一切，如果實現，將使中國進入空間、利用空間水平得到跨越式的提高。

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