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捷龙三号火箭发射现场。山东省海上航天装备技术创新中心供图
5月19日,随着谷神星一号海射型(遥五)运载火箭成功发射,我国商业航天海上发射能力再上新台阶。
5月29日凌晨,国内首个“液氧甲烷+不锈钢+海上软着陆回收”火箭“元行者一号”验证型火箭,在山东烟台海阳东方航天港成功完成了首次海上飞行回收试验。
黄海之滨,碧波荡漾。在海阳港码头,我国首艘专业化海上火箭发射船“东方航天港”号巍然矗立,犹如一座移动的“海上航天城”。
近日,记者专访了这艘“大国重器”的总设计师、山东省海上航天装备技术创新中心(以下简称创新中心)主任滕瑶,听他讲述中国海上问天的创新故事。
铸就海上发射的“中国方案”
近年来,全球各国抢占近地轨道资源,“占频保轨”迫在眉睫。海上发射具备经济便捷、灵活机动、落点可控等突出优势,成为主要航天大国争夺的战略性制高点。
2017年12月,在一次北京行业聚会上,滕瑶结识了航天一院相关人员,对方正在为长征十一号火箭海上发射寻找合作方,咨询滕瑶团队能否做一个海上发射平台。
海上发射技术难度极高,经过多次沟通,双方决定合作。考察选址时,滕瑶团队还曾被当成骗子——在海上发射火箭?不可思议。
面对质疑,团队对火箭海上运输的可靠性、公海上发射的安全性等问题反复论证,掌握了海上发射稳定性、无线通信可靠性等关键技术,全面验证海上发射技术流程,实现从一张简单图纸到整套系统精密构建,再到火箭一飞冲天的巨大进步。为了实现我国海上卫星发射的专业化和商业化,团队研制了“东方航天港号”海上发射专用工程船。
2019年6月5日,随着轰天巨响,团队首次参与保障的长征十一号固体运载火箭在黄海海域以“一箭七星”的方式成功发射技术试验卫星捕风一号A、B星及五颗商业卫星。自此,我国海上发射“问天之路”已然开启,中国成为全球第一个独立掌握海上发射技术的国家,此次发射也为后续大规模的海上发射奠定了基础。
“东方航天港”号是我国首艘兼具火箭冷热发射能力的多功能发射船,全长160米,甲板面积相当于40个标准篮球场,承载力达每平方米20吨,可满足从固体火箭到中小型液体火箭的全类型发射需求。创新中心攻克了海上瞬态冲击防护、火箭尾焰导流、船体稳定性控制等核心技术,尤其是首创的“悬臂发射+导流槽”设计,让火箭在波涛中也能精准入轨。这艘船的设计完全自主,技术指标全球领先,真正实现了海上发射装备的“中国造”。
对于海上发射选择烟台海阳作为母港,滕瑶说,海阳具备三大独特优势。一是地理位置优越,黄海海域可通过短距离机动满足多种轨道发射需求;二是烟台雄厚的海工装备制造基础,能为星箭研发、总装提供全链条支撑;三是当地政府前瞻性布局,从2019年首次海上发射成功,到如今东方航天港产业集群崛起,这里已形成“火箭出厂即发射”的6公里产业生态圈。
从“技术验证”到“批量发射”
2019年长征十一号“一箭七星”首飞时,这里还是一片试验场。如今,创新中心实现了“天上有星、陆上有箭、海上有船”的完整产业链:火箭从车间到发射场仅15分钟车程,累计完成16次海上发射,将93颗卫星送入太空。未来,创新中心将依托“南北四港”发射布局,满足全国70%商业卫星入轨需求。
目前,东方航天港是我国唯一商业航天海上发射母港,团队瞄准国家级商业航天发射场建设目标,加速培育我国首个集海上发射、星箭产研、配套集成、卫星应用、航天文旅于一体的商业航天高科技产业集群。基于我国低轨卫星发射需求,团队系统设计海阳连理岛、威海石岛湾、日照海龙湾、广东阳江4个近海发射点位,构建“南北协同、东西一线、全域覆盖”的发射布局,可满足我国70%已规划的商业卫星入轨需求,同时布局深远海海上发射能力。此外,团队提出的“水平+垂直”技术准备厂房及海陆联动航天指挥控制中心建设方案,已实现“火箭转运—出海发射”2小时快速响应,基于海上发射特殊环境研制投用的我国首艘专业化海上火箭发射船——“东方航天港”号,已具备“近海一周两发、远海两周一发”的高效发射能力,为我国小卫星批量发射、快速补网提供了有力支撑。
谈到海上发射的技术优势,滕瑶告诉记者,运载火箭海上发射具备经济便捷、灵活机动、落点可控等突出优势。经济便捷方面,传统的陆地发射基地大都远离城市,既给产品运输带来不便,发射效率也受到制约。相比之下,海上发射显得较为便利,除了可以根据卫星需求灵活选择发射点位,还可以选择更接近赤道附近的低纬度地区,火箭利用地球自转的附加速度,节省燃料的同时提升运载能力,从整体上有效降低火箭发射的成本。
不同于陆地发射流程,海上发射可以根据任务需要和客户要求,利用可自由移动的海上平台灵活选择发射点,满足不同倾角需求,填补陆地发射场的覆盖空白。此外,一发运载火箭在总装厂房完成全部工作后,通过短暂的公路运输即可上船实施发射,同时,总装厂房可以继续开展下一发火箭的工作,以此来快速提高发射效率和频次。
滕瑶说,落区安全可控尤为重要。海上发射可提高火箭上升段期间的飞行安全性:火箭升空一段时间后各子级和整流罩等“残骸”会依次掉落,海上发射可以方便地选择飞行弹道,灵活地选择发射地点和分离体着落区,分离体可以直接落入海中,远离陆地建筑物和人口稠密区,很大程度上解决了安全问题。
剑指“四个百”目标
展望东方航天港的未来愿景,滕瑶说:“我们的目标是实现‘每年百次发射、量产百发火箭、运营百颗卫星、营收超百亿’。”
目前,“东方航天港”号已具备近海一周双发、远海半月一发的发射能力,正在攻关火箭海上回收技术。随着中国科学院院士、中国工程院院士李德仁领衔的252颗遥感卫星星座启动,这里将成为全球商业航天的新高地。
滕瑶告诉记者,海上发射面临瞬态冲击、高温烧蚀、气象海洋环境等繁多复杂的困难和挑战,团队大胆创新实践,先后突破海上发射支持装备总体及性能优化、结构安全设计、火箭尾焰导流与防护、海上发射及回收指挥控制等核心技术和关键环节,成功研制国内首套具有完全自主知识产权的海上航天支持装备安全保障监测系统,自主获得海上热发射模式下支持装备水动力、冲击振动、典型结构应力应变等关键数据,独立验证了热防护、悬臂发射与导流等关键技术方案。
凭借这些关键技术突破,创新中心接连实现我国首次海上发射、首次“一站式”海上发射、首次近岸海上发射、首次远距离机动海上发射、全球最大固体运载火箭首次海上发射等多个航天发射首次任务,成为国内唯一全面掌握海上发射核心技术并拥有全流程自主知识产权的团队。
我国海上发射正朝着高频次、低成本、高可靠性的方向发展,创新中心的目标是达到国际领先水平,形成具有中国特色的海上发射体系。通过不断完善发射设施、优化发射流程、提升发射效率,创新中心有信心将中国海上发射打造成国家名片,为全球商业航天客户提供优质、高效、可靠的发射服务。
从被质疑“海上放火箭是天方夜谭”,到如今“东方航天港”号擎起海上航天梦,滕瑶团队用十年磨一剑的坚守,将烟台海阳镌刻在中国航天版图上。正如他所说:“向海问天,不仅是为了探索宇宙,更是用中国智慧为人类开辟更安全、更经济的航天新航道。”在这片蔚蓝海域,中国商业航天的未来蓄势待发。
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