陆地上造的火箭,为什么都给运去海上发射了?

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· 9月18日

这些在大地上制造的火箭,一个个都跑去海洋上发射升空,难道是这陆地不够大,还是这海洋有什么魔力?

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陆地上造的火箭,为什么都给运去海上发射了?

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图片来源@视觉中国

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钛媒体注:本文来源于微信公众号品玩(ID:pinwancool),作者丨油醋,钛媒体经授权发布。

前有SpaceX的猎鹰系列运载火箭,最近则是我国的长征十一号火箭,这些在大地上制造的火箭,一个个都跑去海洋上发射升空,难道是这陆地不够大,还是这海洋有什么魔力?

9月15日,长征十一号运载火箭发射成功。据央视新闻报道,本次发射采用“一箭九星”方式顺利将“吉林一号”高分03-1组卫星送入预定轨道。本次发射的卫星组成包括 “央视频号”卫星在内的3颗视频成像模式卫星和6颗推扫成像模式卫星, “哔哩哔哩视频”卫星在上一次发射失败后此番终于顺利升空。本次发射的卫星主要用于获取高分辨率可见光推扫影像和视频影像,将为中国国土资源普查、城市规划、灾害监测等提供遥感服务。

除了卫星组列,此次的发射场地值得关注。本次发射地点没有设在常规的四大发射中心(酒泉、太原、西昌、文昌),而是在黄海海域上实行发射。无独有偶,大洋彼岸意在最终将火箭推向商用的SpaceX CEO伊隆·马斯克也在8月表示“海洋太空港是星际飞船及其运载火箭的未来”。

全世界的火箭都上赶着离开陆地,在陆地上顺利发射了这么多年后,火箭为什么要搬去海上?

离赤道越近越好

海上相比陆地的优势之一,是能更接近低纬度的赤道地区,这意味着可以最大程度借到地球的自转速度来提升火箭的运载能力。

因纬度不同,地球表面各地的线速度(切面速度)会发生变化,并与纬度成反比——这可以理解为在角速度不变的情况下,各纬度上的人随着地球自转一圈的时间一致,于是周长越长的低纬度地区,人的“奔跑”也越快。这个“奔跑速度”就可以理解为线速度。地表的线速度可以视为火箭拥有的初始速度,借到的初始速度越大,火箭需要达到目标速度所需的推进剂燃料就越少,从而火箭的运载能力得以提高。

另一方面,海上发射平台更容易大规模移动。而由于公海的存在,理论上任何国家的火箭发射都可以移动到接近赤道的位置来实施,因此海上场景成为火箭发射提升运载能力上限的突破口之一。

▲ 深蓝色为公海区域

除此之外,海上发射利于进行特殊轨道任务,比如为了满足更复杂的商业用途,小倾角卫星被越来越重视。而据长征十一号运载火箭副总指挥金鑫介绍,火箭从赤道附近发射,可以避免卫星轨道倾角变化产生能量消耗,可以同时提高火箭运载能力以及使用寿命。

比陆地发射更安全

除了运载能力的提升,海上发射的安全隐患也更小。

火箭升空后助推器燃料耗尽会掉落,更坏的情况是,火箭发射一旦失败也会落回地面。所以落区安全是火箭发射任务中的重要考虑因素。因此发射基地往往设在人口稀少的地域。以国内四大发射中心为例,酒泉和太原发射中心分别设在戈壁滩和沙漠边缘,西昌和文昌发射基地前者居于大凉山腹地,后者临海。四地都是低人口密度地区。

海面对于火箭发射无异于在一片无人区,任务设计中对于落区位置的控制可以更为宽容。世界上一些主要的发射基地,如美国的西部航天和导弹试验中心,俄罗斯的普列谢茨克基地等,都设立在滨海位置,且发射朝向面向海域,其中都有出于第三方安全性的考虑。

▲ 全球航天发射场布局

如果火箭发射大规模投入商用,甚至在未来成为一种交通工具。那么发射时巨大的噪音也是考虑因素之一。马斯克对于SpaceX星际飞船的使用构想是一年1000次发射任务,在此前的一次采访中,他表示未来星际飞船可能以从海上发射为主,主要是出于飞船起飞频繁且噪音太大的考虑。

自然环境成变数

但海上发射并不是全无风险,多变的自然环境是不可忽视的未知因素。

在世界各国的航天发射过程中,有一套“火箭发射天气标准(weather launch commit criteria)”需要严格遵守。其中对避免积云,雷暴等天气状态有严格要求。今年早些时候SpaceX载人航天发射计划最初就曾经由于天气原因被迫推迟。

▲ 火箭发射天气标准(weather launch commit criteria)

而相比陆地,海上局部的自然环境多变且更难预测。海上发生雷暴天气的概率较高,且具有高盐雾(指大气中由含盐微小液滴所构成的弥散系统)的特性。前者会干扰电子设备,后者则会腐蚀暴露在外的设备表面。并且海上霉菌浓度高,会造成有机材料的霉化变质并引起电器元件的短路等状况。

在美国航天飞机的任务历史中,接近半数的延期发射都与天气因素相关。“天有不测风云”是海上发射的最大变数,运载火箭设备选型和发射方案都需要根据海上环境做相应调整。

同时由于水面不同于陆地,发射平台需要实现长时间航向保持、动态方位传递等动基座瞄准技术研究及试验验证。为了保证人员安全,这一切都需要远程操控,平台上需要实现无人值守发射。这也是海上火箭发射在面临严苛的自然环境因素之外,另一方面的技术难点。

但目前看来,这些困难都无法阻挡火箭们前往汪洋大海发射升空的决心,火箭和海洋是越靠越近了。

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