海上发射，期待已久的冲刺
呼风唤雨◇让消费者看见品质更好的产品
2019年夏日的这场海上发射受到多家媒体关注。发射成功后几乎在一瞬间，国内外网站上就出现了无数的现场图片及视频，甚为轰动。发射前，我们正好和长征十一号运载火箭前总指挥杨毅强在一起等待观摩。我们问他当时的心情，他回答我们两个字：忐忑。发射成功后，我们问他又是什么心情。杨毅强回答：酸甜苦辣，五味俱全！就像自己养的孩子，又不在身边了……
作者 | 郭朝晖
6月5日12时06分，长征十一号运载火箭在黄海海域成功完成了“一箭七星”海上发射技术试验，这是中国首次在海上进行航天发射，一时间舆论轰动。
也许，很多朋友会问，海上发射卫星是为了方便更多的人观看吗？
其实，运载火箭海上发射是一种新型、高效、灵活、经济的发射模式，有利于灵活选择发射点和航落区，满足各种轨道的有效载荷发射需求。中国现有的四大航天发射场，对于小倾角、低轨道卫星发射都存在着一定的航区选择困难。其中比较典型的就是酒泉卫星发射中心，如果从这里向小倾角的低轨道发射——最典型的就是神舟飞船的发射——就可以看出这样的特点。如果我们回放电视直播的发射过程，会发现火箭的弹道一路穿过酒泉跟踪雷达、陕西渭南跟踪雷达、青岛跟踪雷达的监视范围，进入东海上空。在这个过程中，火箭需要穿过整个西北、华北和东海的人口密集区，给航落区的选择和安全工作带来了很大的工作负担。神舟飞船这样的国家任务可以动用行政力量来组织落区群众避险，那么商业发射就很难这样做。
“而辽阔的大海则提供了更多选择。茫茫大海之上，虽然有一些客轮货轮和渔船在航行，但人口密度到底比陆地上小多了。如果解决了海上卫星发射的难题，发射点可以说几乎不受限制，在全世界任何理想的海域竖起火箭，就能把卫星打到太空里去。在发射轨道的倾角选择、火箭的参数配置上，有很大的优越性和灵活性”。作为中国运载火箭技术研究院曾经的技术领军人，杨毅强向我们介绍说。
神舟十一号飞船发射航迹图（来源 | 航天爱好者网）
选择海上发射的理由，似乎大都围绕两个字——“商业”。
（1）小倾角发射，满足商业客户需求
作为我国长征系列运载火箭中唯一的一型固体运载火箭，由航天科技集团一院抓总研制的长征十一号（CZ-11）运载火箭具有发射准备时间短、发射成本低等优势，是我国商业航天的一支“生力军”火箭。既然是商业化服务，就要充分考虑客户需求及体验。据统计，在未来10年，国内商业小卫星发射需求约1700颗，国外商业小卫星发射需求约6200颗，其中低倾角卫星数量占到半数以上，这就对运载火箭低倾角、高密度、低保障、国际化的商业发射能力提出了更高和更迫切的需求。
而我国内陆三大发射场都在28度以上，不具备0至13度倾角发射能力；未来长征八号运载火箭在海南可具备19度以上低倾角发射能力，实施0至13度倾角发射任务将大幅损失运载能力（最大约损失80%），但仅依靠一型火箭无法满足未来小卫星发射需求。采用海上发射，几乎可以任意选择发射地点，可有效填补0至19度倾角发射能力空白，并为20度以上倾角发射能力提供有益补充。
（2）航落区安全性高，为商业高密度发射提供可能性
在内陆发射场执行低倾角卫星发射任务时，运载火箭航线均需大范围跨越国内外经济发达、人口稠密区，如果在酒泉卫星发射中心向小倾角的低轨道发射，火箭需要穿过整个西北、华北和东海的人口密集区。这给航落区的选择和安全工作带来了很大的工作负担。临海的文昌发射场没有这方面的问题，但仅靠文昌发射场难以满足日益增长的小卫星长期高密度发射需求。
采用海上发射，可以灵活选择发射点，航落区大多为公海，有效解决航落区安全性问题。
（3）为商业发射探寻更宽松、灵活的环境与平台
商业发射如果局限在现有的发射场，会与国家、军方任务有一定的冲突。如果未来中国商业航天进入黄金年代，酒泉、文昌这样的大型卫星发射中心，主要能力可能要服务于大型火箭乃至载人商业航天飞行活动，小型运载火箭任务在优先级上不占优势。这其中不但涉及到军地协调机制，还涉及到保障测控等技术领域。
（4）降成本、降周期
固体运载火箭海上发射采用的发射平台及保障船均可与民用资源有效结合，通过适应性改造即可满足发射需求，例如本次海上发射所使用的发射平台，即由2.5万吨级“泰瑞号”浮船坞改造而成。而火箭直接从更低纬度发射，可以利用更多地球的自转线速度，节省运载火箭的燃料，从而提高火箭运载能力，降低了将其送入目标轨道的单位成本。经初步估算，与固体运载火箭陆上发射相比，海上发射发射场费用可降低约40%，总发射成本可降低约10%；同时与陆上建立简易发射工位相比，海上发射设施改造费用、建设周期均可降低约50%，可快速形成发射能力。有效降低小卫星发射成本，为固体运载火箭商业化发展模式进行积极探索。
而首次发射作为技术试验发射，更多的意义则在于：一、突破海上发射技术，验证固体火箭海上发射能力，特别是对低倾角轨道的适应性；二、探索我国海上发射管理模式，初步形成我国海上发射能力。
由此而知，与陆上发射相比，海上发射对港口、码头设施及发射船、指挥通信、发射测控、安全管控等方面都有些特殊的要求。比如，必须在港口或码头区建立起一定的火箭、卫星贮存、测试、转运的保障能力。在这次的新闻图片中，我们看到科研人员在集装箱上开了一个大洞，把火箭整流罩塞进去检测。与酒泉、西昌的宽大厂房相比，这实在是太寒酸了。我们就近咨询了身边的杨毅强，他称之为“因陋就简”。这不也体现了创业企业的务实精神吗？遇到问题，解决问题、绝不铺张。“当然，如果未来海上发射业务繁忙，还是必须要在港口、码头建设或改建现有设施，满足火箭、卫星技术准备的需要。”杨毅强补充道。
海上高湿与盐雾问题，对火箭是一个考验，要靠发射支持系统来保障。如果火箭在海上短期停留，那么盐雾带来的问题不算大。但是，如果需要长时间航渡——例如去非洲沿岸发射，就必须进行适应性改造。
而更重要的问题，还是发射服务商要拥有优质而可靠的运载火箭。现阶段，长征十一号这样的固体运载火箭正是最佳选择。
长征十一号作为固体发动机运载火箭，火箭燃料在出厂的时候就已经灌装在发动机中。与液体火箭相比，在发射准备时间上具有极大的优势。当火箭和卫星完成了技术准备，密封在发射筒里之后，就具备了随时发射的能力。
我们从这次发射的视频中可以看到一个重要的细节。火箭在一阵暗色的烟雾中飞出发射筒，离开筒口一定距离之后，发动机才开始喷射火焰。在火光之中，还可以看到一个黑色的圆盘在弹跳。然后火箭以极快的速度向远方飞去。这是火箭发射技术中常见的冷发射，也叫作弹射。然而，要让长征十一号这样数十吨级的火箭具备冷发射能力，体现了研制单位的高超水平和深厚底蕴。
正是因为有这样的技术基础。无论是在陆地上还是在海上，现场团队所需要做的工作并不多。因此，长征十一号火箭也可以认为是当今航天领域军民协同发展最成功、最先进的案例之一。哪怕是最近声名鹊起的新西兰电子火箭，在发射准备流程的快捷性和响应速度上，也远远比不上长征十一号。
本次海上发射，还实现了世界航天史上的第一。
为什么这么说？
在此之前，美国、俄罗斯、挪威、乌克兰联合成立的海上发射公司，用报废的石油钻井平台改造为海上发射平台，发射乌克兰制造的天顶号运载火箭。然而石油钻井平台工作时需要把支架固定在海床上。如果要选择另外一个位置来发射火箭，就需要把“腿”收起来，用拖轮拖着这台巨大的机械艰难地移动到下一个发射地点去。
而长征十一号这次的发射是在一条半潜平台——经过改造的万吨级浮船坞上完成的，也就是说发射之前并不需要把自己固定在海床上，具有极大的灵活性。这就意味着，海上发射的长征十一号可以做到随时来一场“说走就走的旅行”。而且成本非常低。成本的主要构成一部分来自于平台本身的造价；一部分是人工成本。海上发射公司的平台需要长期固定在海上的某个位置，因此需要长期派人在外海值守。当一名工作人员在外海值班时，无论是在船上还是在平台上，雇主都需要给他额外增加一份酬劳。而对于值班人员来说，这并不是什么值得高兴的事情，生活在远离陆地的狭小平台上，对人的身心健康与心理的健全来说，都是不利的。而长征十一号的海上发射模式就不存在这个问题。火箭发射之后，平台就可以回到港口，大家各自下班回家。
这样的机动能力也方便发射服务商更好的满足客户的需求。根据杨毅强的介绍，海上运输的动力学环境对于固体运载火箭来说是很容易适应的，不会对火箭本身产生什么不利的影响。因此，如果客户难以承担把卫星运到中国来发射的成本，需要在靠近自己卫星制造设施的海域发射，那么发射船队可以万里跋涉，前往用户指定的区域，与卫星会合之后再起飞。真是把商业航天的服务精神贯彻到极致。
然而，石油钻井平台是固定不动的。驳船受到海浪的影响，多少会有些摇摆。这会影响长征十一的发射精度吗？当年，杨毅强带领团队，严密计算了发射活动对海上动基座的适应性。他们发现，依靠火箭现有的一级姿控起控能力和瞄准精度，这个问题是可以解决的，火箭完全可以高精度起飞。对卫星而言，在转运到发射船之前已经对接在了火箭上，整流罩为它们提供了良好的温湿度条件，与陆上发射区别不大。
到目前为止，长征十一号运载火箭连续7次发射成功，而且发射服务的价格已经降到了理论极限——也就是一千克一万美元左右。从国际发射市场看，1000千克以下卫星由固体火箭发射是大趋势。“快速、简单、便捷、廉价”的特点，决定了低轨小卫星发射市场的主流必定是固体火箭。而且，随着全球航天技术的进步，越来越多的国际、国内客户可以不依靠美国元器件而自行研制卫星。这些卫星可以不受美国政府的管制，自由选择用什么火箭来发射。因此，长征十一号的国际国内市场都是非常乐观的。
当然，航天发射并不是把火箭竖起来一按电钮就行了。需要通过雷达光电精确的测量和控制火箭的飞行轨迹。测控对于商业航天来说尤其重要，因为微小卫星本身所具备的轨道和姿态控制能力较弱，能否精确地进入指定轨道，很大程度上要依靠火箭的能力。那么，为长征十一提供高水平的测控，是非常巨大的挑战。中国虽然已经建立起了性能优越的航天测控网，但这张网是为四大陆地发射场服务的。对于海上发射这种新生事物没有覆盖能力。
而且，动用国家发射测控体系的成本是非常高的。例如远望号系列作为世界上最先进的海上测量船队，出海的费用绝不是一般商业发射能承担的。根据杨毅强的介绍，如果利用酒泉卫星发射中心的设施和体系来支持发射，所需要支付的费用和长征十一号火箭本身一样高昂。因此，必须为低成本商业发射开辟一个全新的模式。
长征十一号的发射团队这次选择了商业化的解决方案。例如他们选择的商业发射全航程测控通信保障服务商是北京天链测控技术有限公司（简称“天链测控”）。在长征十一号前几次的发射活动中，这家公司也提供了优质的服务。天链测控的创始团队主要来自航天系统，最长的工龄超过了20余年，核心技术团队人均从业时间也在15年以上，有着丰富的实操经验和较强的技术根底。
本次任务中，天链测控利用了部署在国内外的多套测量设备，实现了全过程的无缝跟踪测量。整个任务过程中，通信链路稳定可靠、遥测数据接收及时完整、参数解算准确高效、数据呈现简洁直观，并将数据实时发送至用户中心，为发射的顺利实施提供了强有力的保障，测量跟踪保障任务取得了圆满成功。此外，此次发射的七颗卫星中的四颗，也由天链测控提供测控服务。
事实证明，本次长征十一号海上发射用一个小规模、低成本的成功，完成了中国航天史上的一个第一。
长征十一号火箭的首次海上发射圆满成功，但这会给航天界带来更多的思考甚至于压力。我们曾经撰文反复强调，商业航天的关键问题在于市场，特别是消费市场，而不是技术本身。现在看来，中国商业航天生态环境中的火箭制造、发射、测控和卫星制造、卫星运营这几个环节都已经成熟，除非有用户提出极为特殊的要求，否则，可以说，现在的中国商业航天，已经没有什么不可逾越的技术门槛了。
但是，我们的商业航天的模式依然没有取得突破，原因主要是还没有找到杀手级应用。天上的200多颗卫星依然有大部分闲置。因此，业界的当务之急是开拓商业航天的消费级市场，到那个时候，这些优秀的火箭和优秀的卫星能力才真正有更大的用武之地。
这让我们想起杨毅强提到他当年的一个梦想：能够依托国内沿海地区建立航天港。建造集火箭、卫星贮存、测试、发射一体的专门发射船舶，打造“海上移动发射场”。如果相关国际协调、政策、法律问题能够理顺，还可以在赤道附近形成海上发射能力，最大限度地利用地球自转提供的速度，形成全球卫星发射能力。
这一切，如果实现，将使中国进入空间、利用空间水平得到跨越式的提高。
End