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中國火箭掌握髮射新姿勢!長征十一號完成海射首秀

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瘋瘋顛顛 發表於 2019-6-6 04:08 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
  2019年06月05日 12:48   來源:科技日報

  科技日報記者 付毅飛

  6月5日12時06分01秒,CZ-11 WEY號運載火箭在我國黃海海域實施發射,將捕風一號A/B星等7顆衛星送入約600公里高度的圓軌道,宣告我國運載火箭首次海上發射技術試驗圓滿成功。

  科技日報記者從中國航天科技集團一院了解到,固體運載火箭海上發射技術試驗於2019年獲得國防科工局的正式立項,採用長征十一號固體運載火箭實施首次試驗。海上發射技術試驗系統由運載火箭系統、海上發射平台、測控通信系統和衛星系統四部分組成,可實現離港后一周內完成發射。本次飛行試驗在國內首次採用「航天+海工」技術融合,突破海上發射穩定性、安全性、可靠性等關鍵技術,全面驗證了海上發射試驗流程,為我國快速進入空間提供了新的發射模式。

  陸地那麼大,幹嘛要去海上飛?

  通常,人們很難將火箭發射與大海聯繫到一起。而一院長十一火箭副總指揮金鑫表示,與陸地常規發射相比,海上發射運載火箭具有顯著優勢。

  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。而通過海上航行,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。但即使是我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,則可以填補我國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,還能服務於一帶一路國家,有效助推中國航天走出國門。

  此外,海上發射可充分利用我國豐富的民用船舶資、港口資源、測控資源,社會資源深度參與,實現航天技術與海洋工程的有效融合,帶動社會經濟高質量發展。

  海上發射難度大

  海上發射好處多,難度也大。一院長十一火箭副總設計師管洪仁介紹,本次任務具有技術新、環境新、流程新、模式新特點,成功的背後離不開技術能力和管理能力的提升。

  管洪仁說,相比陸基發射台,起伏波動的海上平台給發射帶來了新的技術考驗,為此任務團隊採用了一種特殊的瞄準技術和動態條件下的發射技術,來應對發射新環境。

  在常規發射任務中,火箭的控制和監測信號通過有線通信系統傳輸,而在海射任務中,只能通過無線傳輸形式來實現,因此「CZ-11 WEY」也成為國內首枚採用無線測發控技術實施發射的火箭。

  以往火箭的飛行安全控制需要地面人員監測和控制,本次任務則是由火箭自身根據飛行情況,實時自主判斷,這是我國火箭首次實現自主安全控制。

  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,到達港口后僅用2、3天測試準備隨即登船,航行到指定海域后可隨時發射。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。

  

  5月30日,CZ-11 WEY號起豎演練(航天科技集團一院供圖)

  鏈接:我國首次海射運送的7名乘客都是誰?

  捕風一號A、B衛星:

  這2顆衛星由中國航天科技集團五院航天東方紅衛星有限公司抓總研製。「風無形無影,捕風一號就是通過『捉』海面上的導航反射信號這個『影』來『捕』海面風場這個『風』,實現監測海面風場的目的。」該衛星總設計師白照廣說。

  目前,通過衛星觀測海面風場的方式主要有兩種,一是通過衛星雲圖來測,但這種方式測的是雲頂風,而對海面風場的測量存在一定誤差;二是通過衛星載荷如散射計主動向海面發射微波信號來測,但這種方式下衛星重量較大,且只能測每秒50米以內的海風,若應用於准實時監測海面風場的星座建設,代價很大。

  隨著全球衛星導航系統的發展成熟,利用導航反射信號對反射面的物理特性和參數進行反演,成為了各國新的研究熱點。白照廣介紹說,導航衛星L波段具有良好的大氣穿透性,能夠全天時「捕風捉影」,實現對海面風場的信息探測,並可通過多星組網監測,實現對極端颱風天氣的精準預報。

  作為我國首次海上發射的主要「乘客」,捕風一號A、B衛星將實現我國衛星導航信號探測海面風場零的突破,對我國颱風預警、防災減災具有重要意義。

  

  捕風一號衛星試驗隊(航天科技集團五院供圖)

  「天象」試驗雙星:

  5G實現后,通信技術下一步發展是什麼?我國科學家打算把基站搬到衛星上,和地面網連在一起,讓網路無處不在,通訊隨處可行。

  此次「天象」試驗 1星、2星成功發射,標誌著「科技創新2030——重大項目」天地一體化信息網路建設取得實質性進展。

  2顆衛星由中國電科牽頭研製。是我國首個實現傳輸組網、星間測量、導航增強、對地遙感等功能的綜合性低軌衛星,是未來低軌道星座系統建設的最簡網路模型。衛星搭載了國內首個基於軟體定義網路的天基路由器,將在國內首次實現基於低軌星間鏈路的組網傳輸,構建基於軟體重構功能的開放式驗證平台。

  天象衛星項目總設計師、中國電科54所副總工程師孫晨華介紹,「天地一體化信息網」重大項目採用「天基組網、天地互聯、全球服務」的思路,將建設天基骨幹網、低軌接入網、和地基節點網,其中低軌接入網規劃60顆綜合型和60顆寬頻星,採用星間鏈路和星間路由技術,實現極少數地面關口站支持下的全球無縫窄帶和寬頻機動服務。

  「吉林一號」高分03A星:

  這是由長光衛星技術有限公司自主研發的新一代光學遙感衛星。

  該星充分繼承了吉林一號衛星成熟單機以及技術基礎,通過採用輕量化結構設計、高度集成電子學系統、高解析度超輕量化低成本相機等創新技術,在572公里軌道高度下,可實現了整星解析度優於1.1米、幅寬優於18公里的技術指標,而衛星重量低於40千克,具有低成本、低功耗、低重量、高分辨的特點。衛星入軌后,將與此前發射的12顆吉林一號衛星組網,為政府、行業以及「一帶一路」沿線用戶提供更加豐富的遙感數據和產品服務。

  吉林一號衛星星座具有高時間、空間、光譜解析度,能夠以推掃、凝視、條帶拼接、大傾角側擺、立體、微光及慣性空間成像方式獲取地面及空間靜態、動態目標信息,已為10餘個國家、20多個行業、200餘家單位提供了多種類型的遙感信息服務。

  

  「吉林一號」高分03A星(長光衛星技術有限公司供圖)

  天啟三號衛星:

  隨著SpaceX的衛星網際網路項目「星鏈」首批60星發射,馬斯克的「全球網路覆蓋」夢想開始邁向現實。

  而此次天啟三號衛星發射入軌后,由中國民營航天企業北京國電高科科技有限公司打造的天啟物聯網星座也取得了新的進展。該公司董事長呂強表示,願與國內商業航天產業鏈兄弟單位一起,攜手構建中國的「星鏈」。

  天啟三號是繼2018年發射的天啟一號之後,天啟星座承上啟下的業務星。呂強介紹,6月中旬,天啟二號將搭載我國捷龍商業火箭發射,今年下半年,天啟星座還將陸續發射5顆衛星,並在2020年完成38星組網。

  天啟星座組網運營后,除了完成海洋牧場、水文監測等行業示範性應用,還將在集裝箱運輸監測、國家電網監測、環境監測、森林防火監測、農業物聯網監測等數十個領域,開展示範性應用和初步規模化商業運營,為全面商業化運營奠定基礎。

  

  天啟三號衛星(北京國電高科科技有限公司供圖)

  「婁星號」衛星:

  該衛星是由婁底市婁星區人民政府與天儀研究院合作研製,是一顆基於6U立方星平台研製的中解析度遙感衛星,其全色解析度為5米,幅寬80公里,將運行在500公里高度的軌道上。

  成功入軌后,該衛星將與天儀研究院已經發射和即將發射的衛星組網運行,為婁底、湖南乃至全球的林業、農業、草原、海洋、資源、環境等行業用戶提供更加豐富、響應速度更快、性價比更高的數據和產品服務。

  

  「婁星號」衛星(張莎攝)

  海射火箭的前世今生

  海射火箭構想已久,發展至今已經有五十餘年的歷史。五十年間,海射火箭大體經歷了三個發展階段。

  第一個階段是聖馬科發射場階段。聖馬科發射場位於非洲東部肯亞東海岸的恩格瓦納海灣,距海岸4.8千米,由義大利政府委託羅馬大學航空與航天研究中心籌建並管理使用。聖馬科發射場處於南緯2.9度,東經40.3度的位置,是距赤道最近的一個航天發射場,同時也是世界上惟一的一個海上發射場。

  聖馬科發射場於1966年投入使用,最初用於美國研製的"偵察兵"運載火箭,主要發射"探險者"號軌道探測器、空間電火箭試驗衛星以及軍用秘密衛星,同時也為歐洲國家發射一些科學探測和試驗方面的衛星。

  聖馬科發射平台包括兩個不同類型的平台,一個做火箭發射台,另一個是控制發射的指揮所。聖馬科發射場的成功驗證了運載火箭海上發射的可行性,突出了海射火箭高效率、低成本等優勢,同時為海上發射公司的成立提供了參考信息。

  第二個階段是海射公司階段。1995年,美國波音公司、挪威克瓦納集團、烏克蘭南方設計局和俄羅斯能源火箭公司四家公司共同出資組建了海上發射公司(Sea Launch),也是目前世界上唯一提供海上發射服務的公司。在海射公司中,美國波音公司負責整體系統集成和有效載荷整流罩,俄羅斯負責海射天頂號運載火箭第三級,烏克蘭海射天頂號運載火箭一二級,挪威負責發射平台,由美國波音公司具體執行技術管理工作。

  海射公司的海上衛星發射平台被稱作「奧德賽」,衛星和運載火箭裝載到奧德賽平台後將會駛離美國加州港口,進入太平洋近赤道海域地點進行發射。

  1999年3月,海上發射公司成功發射了第一枚運載火箭,此後陸續執行商業發射任務,但是成功率不高、商業運行也不順暢。由於債務問題、發射失利一起其他諸多問題困擾,2009年6月22日,海上發射公司宣布破產。2010年,海上發射公司得到了重組,重組后俄羅斯能源火箭公司占公司95%的股份,美國波音公司佔3%,挪威公司佔2%。

  重組后,海上發射公司繼續進行商業衛星發射活動,然而2013年搭載荷蘭「國際通信衛星-27」的「天頂-3SL」運載火箭從太平洋海域發射升空,由於一級火箭發動機關閉導致火箭墜入發射平台附近海域,這給了海射公司重重一擊。自首飛開始至2014年,海射公司共執行36次發射任務,其中32次成功,1次部分成功,3次失敗,成功率為88.89%。

  第三階段是S7 Space公司階段。由於俄羅斯與烏克蘭的緊張關係以及其他原因,海上發射公司業務於2014年暫停,並於2016年進行項目銷售談判。2016年9月,俄羅斯『S7 Space』公司成為海上發射公司的所有者,包括海上發射指揮船、奧德賽號發射平台、地面設備以及海上發射公司包括商標在內的知識產權。

  據S7 Space公司官方最新消息,其打算於2019年12月至2022年間用海上發射浮動發射平台進行12次發射。第一次發射定於2019年12月舉行,2020年計劃舉行3次發射,2021年與2022年各安排4次發射。S7 Space公司計劃在15年內進行70次商業發射。

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