陸地上造的火箭 為什么都給運去海上發(fā)射了？

來源：PingWest品玩

作者：油醋

前有SpaceX的獵鷹系列運載火箭，最近則是我國的長征十一號火箭，這些在大地上制造的火箭，一個個都跑去海洋上發(fā)射升空，難道是這陸地不夠大，還是這海洋有什么魔力？

9月15日，長征十一號運載火箭發(fā)射成功。據(jù)央視新聞報道，本次發(fā)射采用“一箭九星”方式順利將“吉林一號”高分03-1組衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。本次發(fā)射的衛(wèi)星組成包括 “央視頻號”衛(wèi)星在內(nèi)的3顆視頻成像模式衛(wèi)星和6顆推掃成像模式衛(wèi)星， “嗶哩嗶哩視頻”衛(wèi)星在上一次發(fā)射失敗后此番終于順利升空。本次發(fā)射的衛(wèi)星主要用于獲取高分辨率可見光推掃影像和視頻影像，將為中國國土資源普查、城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測等提供遙感服務(wù)。

除了衛(wèi)星組列，此次的發(fā)射場地值得關(guān)注。本次發(fā)射地點沒有設(shè)在常規(guī)的四大發(fā)射中心（酒泉、太原、西昌、文昌），而是在黃海海域上實行發(fā)射。無獨有偶，大洋彼岸意在最終將火箭推向商用的SpaceX CEO伊隆·馬斯克也在8月表示“海洋太空港是星際飛船及其運載火箭的未來”。

全世界的火箭都上趕著離開陸地，在陸地上順利發(fā)射了這么多年后，火箭為什么要搬去海上？

離赤道越近越好

海上相比陸地的優(yōu)勢之一，是能更接近低緯度的赤道地區(qū)，這意味著可以最大程度借到地球的自轉(zhuǎn)速度來提升火箭的運載能力。

因緯度不同，地球表面各地的線速度（切面速度）會發(fā)生變化，并與緯度成反比——這可以理解為在角速度不變的情況下，各緯度上的人隨著地球自轉(zhuǎn)一圈的時間一致，于是周長越長的低緯度地區(qū)，人的“奔跑”也越快。這個“奔跑速度”就可以理解為線速度。地表的線速度可以視為火箭擁有的初始速度，借到的初始速度越大，火箭需要達到目標(biāo)速度所需的推進劑燃料就越少，從而火箭的運載能力得以提高。

另一方面，海上發(fā)射平臺更容易大規(guī)模移動。而由于公海的存在，理論上任何國家的火箭發(fā)射都可以移動到接近赤道的位置來實施，因此海上場景成為火箭發(fā)射提升運載能力上限的突破口之一。

▲ 深藍色為公海區(qū)域

除此之外，海上發(fā)射利于進行特殊軌道任務(wù)，比如為了滿足更復(fù)雜的商業(yè)用途，小傾角衛(wèi)星被越來越重視。而據(jù)長征十一號運載火箭副總指揮金鑫介紹，火箭從赤道附近發(fā)射，可以避免衛(wèi)星軌道傾角變化產(chǎn)生能量消耗，可以同時提高火箭運載能力以及使用壽命。

比陸地發(fā)射更安全

除了運載能力的提升，海上發(fā)射的安全隱患也更小。

火箭升空后助推器燃料耗盡會掉落，更壞的情況是，火箭發(fā)射一旦失敗也會落回地面。所以落區(qū)安全是火箭發(fā)射任務(wù)中的重要考慮因素。因此發(fā)射基地往往設(shè)在人口稀少的地域。以國內(nèi)四大發(fā)射中心為例，酒泉和太原發(fā)射中心分別設(shè)在戈壁灘和沙漠邊緣，西昌和文昌發(fā)射基地前者居于大涼山腹地，后者臨海。四地都是低人口密度地區(qū)。

海面對于火箭發(fā)射無異于在一片無人區(qū)，任務(wù)設(shè)計中對于落區(qū)位置的控制可以更為寬容。世界上一些主要的發(fā)射基地，如美國的西部航天和導(dǎo)彈試驗中心，俄羅斯的普列謝茨克基地等，都設(shè)立在濱海位置，且發(fā)射朝向面向海域，其中都有出于第三方安全性的考慮。

▲ 全球航天發(fā)射場布局

如果火箭發(fā)射大規(guī)模投入商用，甚至在未來成為一種交通工具。那么發(fā)射時巨大的噪音也是考慮因素之一。馬斯克對于SpaceX星際飛船的使用構(gòu)想是一年1000次發(fā)射任務(wù)，在此前的一次采訪中，他表示未來星際飛船可能以從海上發(fā)射為主，主要是出于飛船起飛頻繁且噪音太大的考慮。

自然環(huán)境成變數(shù)

但海上發(fā)射并不是全無風(fēng)險，多變的自然環(huán)境是不可忽視的未知因素。

在世界各國的航天發(fā)射過程中，有一套“火箭發(fā)射天氣標(biāo)準(zhǔn)（weather launch commit criteria）”需要嚴(yán)格遵守。其中對避免積云，雷暴等天氣狀態(tài)有嚴(yán)格要求。今年早些時候SpaceX載人航天發(fā)射計劃最初就曾經(jīng)由于天氣原因被迫推遲。

▲ 火箭發(fā)射天氣標(biāo)準(zhǔn)（weather launch commit criteria）

而相比陸地，海上局部的自然環(huán)境多變且更難預(yù)測。海上發(fā)生雷暴天氣的概率較高，且具有高鹽霧（指大氣中由含鹽微小液滴所構(gòu)成的彌散系統(tǒng)）的特性。前者會干擾電子設(shè)備，后者則會腐蝕暴露在外的設(shè)備表面。并且海上霉菌濃度高，會造成有機材料的霉化變質(zhì)并引起電器元件的短路等狀況。

在美國航天飛機的任務(wù)歷史中，接近半數(shù)的延期發(fā)射都與天氣因素相關(guān)。“天有不測風(fēng)云”是海上發(fā)射的最大變數(shù)，運載火箭設(shè)備選型和發(fā)射方案都需要根據(jù)海上環(huán)境做相應(yīng)調(diào)整。

同時由于水面不同于陸地，發(fā)射平臺需要實現(xiàn)長時間航向保持、動態(tài)方位傳遞等動基座瞄準(zhǔn)技術(shù)研究及試驗驗證。為了保證人員安全，這一切都需要遠程操控，平臺上需要實現(xiàn)無人值守發(fā)射。這也是海上火箭發(fā)射在面臨嚴(yán)苛的自然環(huán)境因素之外，另一方面的技術(shù)難點。

但目前看來，這些困難都無法阻擋火箭們前往汪洋大海發(fā)射升空的決心，火箭和海洋是越靠越近了。