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全方位解读俄罗斯'海上发射'项目

2019-01-15 来源:北京太阳谷咨询有限公司 发布:高端装备产业研究中心

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“海上发射”(Sea Launch)项目是一项国际航天器商业发射服务项目,采用创新性的移动式海上发射平台,使用俄罗斯的“天顶”-3SL (Zenit-3SL)火箭执行发射任务。在该项目框架下,1995年曾成立了“海上发射公司”(Sea Launch venture),该公司由四国企业投资建立,包括美国波音公司商业空间分公司、俄罗斯能源火箭航天集团、乌克兰南方设计局和挪威克瓦纳集团(现在的Aker Solutions),公司由波音公司(Boeing)管理,并由其他股东参与。其第一枚火箭于1999年3月成功发射。目前,该公司也是世界上唯一一家可提供海上发射服务的公司。

 

图表:Sea Launch venture的股份和技术分配表

公司名称

股份

提供技术

美国波音公司商业空间分公司(Boeing

40%

提供系统集合与有效载荷的卫星平台技术

俄罗斯能源火箭航天集团

RSC Energia

25%

提供“天顶”运载火箭第三级(上面级)的技术

乌克兰南方设计局

Design OfficeYuzhnoye”)

15%

提供“天顶”运载火箭第一级和第二级的技术

挪威克瓦纳集团(Kvaerner

20%

提供发射平台和装配控制船的技术

资料来源:Boeing

海上发射系统可将不同用途的航天器发射到预定轨道,其中包括高圆形、椭圆形、轨道倾斜无限制、地球同步卫星轨道等。发射通过带有DM-SL上面级的“天顶-3SL”火箭在海洋平台完成,为保障发射使用中继卫星。在发射时应进行运输、储存、发射前火箭和有效载荷的准备工作以及飞行控制和发射。

 

图表:海上发射系统主要性能特点

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图表:海上发射系统组成

火箭部分

火箭组合装置

(天顶-3SL运载火箭和DM-SL上面级,技术装备和火箭准备和发射系统综合体)

用于准备和发射的自动化控制系统综合体

上面级自动飞行控制系统

测量综合体

航天器部分

航天器有效载荷块

海上部分

发射平台

组装和指挥船

基地港口

用于准备有效载荷块的场所

LPRB阶段的储藏室

吸引资金

飞行控制中心RB

航天器飞行控制中心

中继卫星(TDRSSIntelsat等)

资料来源:RSC Energia

海上发射拥有以下一系列的优势:

能直接从赤道进行发射,可以最大限度的利用地球自转,在将航天器发射至对地静止轨道时可以增加运载火箭的质量输出效率,因此可以降低发送至目标轨道的单位成本。

可以在海上任何中立的领域进行发射,避免政治风险,在火箭发射时有利于实现跨境互动,避免了在适当安全区域的发射场征用土地的必要性。

体积小,无需开发地面基础设施和相关社会部门(道路、能源、酒店、学校和医院等),可减少参与工作的人员数量,因而运营成本得以减少。

 

Sea Launch 的“奥德赛”发射平台

海上发射系统采用的“奥德赛”发射平台采用自推式半潜式潜水器,双体船型,是一种浮动式发射导弹系统。该平台以Rosenberg造船厂(斯塔万格,挪威)的海上石油勘探和钻井平台为基础,配备发射台、火箭安装程序、燃料组件填充系统等火箭发射场设备,由维堡(俄罗斯)的Kvarner-Vyborg-Verf造船厂安装火箭系统、启动和辅助设备,打造了如今的海上发射平台。

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该发射台配备一个机库,以便在发射场运输和储存带有有效载荷的天顶-3SL火箭。机库配有空调系统,可在整个运输时间内运行。将火箭从机库中移出并安装在垂直位置,要采用平台特殊的移动运输安装程序。平台上还有用于储存火箭燃料(煤油和液氧)的专门房间。其远程控制的火箭燃料加注系统和自动发射系统可在平台无人的情况下进行预发射操作。该平台具有强大的抗风浪能力和完备的环境控制系统等特点,在火箭发射时还可进入半潜状态,来进一步增强稳定性。

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图表:“奥德赛”发射平台的技术参数

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资料来源:RSC Energia

Sea Launch的装配指挥船

装配指挥船(SCS)由位于苏格兰格拉斯哥市的Kvaerner造船厂建造。该船使用Ro-Ro型(滚装/滚降)的货船设计,并由俄罗斯圣彼得堡的Kanonersky造船厂负责将火箭系统和设备安装到建好的装配指挥船上。

 

该船的停靠港口作为装配车间,公海则是运载火箭准备和发射的控制中心。SCS上配备了可对火箭和上面级进行复杂测试的系统和设备,采用高沸点燃料和气体。此外还配有控制火箭上面级飞行的指挥所,以及遥测接收和处理设备,卫星通信站等。

 

图表:装配指挥船(SCS)的技术参数

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资料来源:RSC Energia

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 火箭从指挥船向平台的运输步骤

该船最多可容纳240人,还配有会议室、电影院、咖啡厅、娱乐室、游戏室、健身房、游泳池、食品和医疗服务等,舒适度较高。其停泊于美国西南部(加利福尼亚州)的长滩港,可通过巴拿马运河从欧洲抵达基地港口。

 

Sea Launch 的“天顶-3SL”火箭

Sea Launch采用的运载火箭是苏联时期开发的“天顶”号,其由乌克兰南方设计局和南方机械制造厂设计和生产。“天顶-3SL”火箭的结构是在“天顶-2S”火箭作为第一级和第二级的基础上,增加DM-SL上面级和航天器有效载荷,DM-SL上面级主要由俄罗斯RSC Energia负责生产,而波音公司负责开发有效载荷模块,包括头部整流罩(碳纤维)和过渡结构部件。“天顶-3SL”火箭具有操作简单、发射过程完全自动化的优点,可将多达6吨的有效载荷运送到地球同步运转轨道,燃料采用液态氧和煤油,十分环保。

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典型入轨线路图

Sea Launch的主要发射区域位于基里巴斯共和国圣诞岛附近的赤道地带(坐标为西经154°,纬度0°)。

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海上发射任务的典型轨迹

其典型发射方案分为以下几次飞行操作:转入中介轨道→进入基准轨道→进入目标轨道→航天器分离→提供TMI控制,将航天器送入预定轨道→保持航天器在预定轨道的运行。飞行过程中的遥测信息被传送到装配指挥船和莫斯科科罗廖夫的飞行控制中心,上面级由飞行控制中心进行控制,利用TDRSS中继卫星和“Intelsat”通信卫星进行信息传输。

 

海上发射成功率

据统计,自1999年3月27日发射了第一颗演示卫星起,“海上发射”系统至今已经发射了36次,其中32次成功,1次部分成功,3次失败,最终入轨成功率为91.67%(见下表),火箭搭载的所有有效载荷几乎都是对地静止轨道的通信卫星。

图表:Sea Launch发射活动列表

Number

Date

Payload

Mass

Result

1

1999-03-27

DemoSat

4.5 t

success

2

1999-10-09

DIRECTV 1-R

3.5 t

success

3

2000-03-12

ICO F-1

2.7 t

failure

4

2000-07-28

PAS-9

3.7 t

success

5

2000-10-20

Thuraya-1

5.1 t

success

6

2001-03-18

XM-2 ROCK

4.7 t

success

7

2001-05-08

XM-1 ROLL

4.7 t

success

8

2002-06-15

Galaxy IIIC

4.9 t

success

9

2003-06-10

Thuraya-2

5.2 t

success

10

2003-08-07

EchoStar IX/Telstar 13

4.7 t

success

11

2003-09-30

Galaxy XIII/Horizons-1

4.1 t

success

12

2004-01-10

Telstar 14/Estrela do Sul  1

4.7 t

success

13

2004-05-04

DIRECTV-7S

5.5 t

success

14

2004-06-28

Telstar-18

4.8 t

launch anomaly

15

2005-03-01

XM-3

4.7 t

success

16

2005-04-26

SPACEWAY-1

6.0 t

success

17

2005-06-23

Intelsat IA-8

5.5 t

success

18

2005-11-08

Inmarsat 4-F2

6.0 t

success

19

2006-02-15

EchoStar X

4.3 t

success

20

2006-04-12

JCSAT-9

4.4 t

success

21

2006-06-18

Galaxy 16

5.1 t

success

22

2006-08-22

Koreasat 5

4.9 t

success

23

2006-10-30

XM-4

4.7 t

success

24

2007-01-30

NSS-8

5.9 t

failure

25

2008-01-15

Thuraya-3

5.2 t

success

26

2008-03-19

DirecTV-11

5.9 t

success

27

2008-05-21

Galaxy 18

4.6 t

success

28

2008-07-16

EchoStar XI

5.5 t

success

29

2008-09-24

Galaxy 19

4.7 t

success

30

2009-04-20

SICRAL 1B

3.0 t

success

31

2011-09-24

Atlantic Bird  7

4.6 t

success

32

2012-05-31

Intelsat 19

5.6 t

success

33

2012-08-19

Intelsat 21

6.0 t

success

34

2012-12-03

Eutelsat 70B

5.2 t

success

35

2013-02-01

Intelsat 27

6.2 t

failure

36

2014-05-26

Eutelsat 3B

6.0 t

success

资料来源:WIKIPEDIA

其中的一次重大失误为,2007年1月30日,Sea Launch的天顶-3SL火箭搭载的500吨燃料和荷兰NSS-8通信卫星由于火箭发动机中混入异物导致在发射时爆炸,虽然波及了发射平台,造成了一部分表面损伤,但幸好人员撤离早而无人受伤。NSS-8发射失败后不久,Hughes Network Systems公司就将原本交由海上发射公司的天顶-3SL号发射的SPACEWAY-3卫星改交由Ariane- 5运载火箭执行发射 。

 

Sea Launch公司运营现状

最初的四国合资的Sea Launch公司于2009年6月不幸宣布破产,这一预感在2006年其总裁兼总经理Jim Maser离开公司加入Space X就开始了,再加上2007年的重大发射失误事件和美国政府对公司运营的不断插手和干扰最终造成了这一结果的产生。因此,波音公司深受其害不得不放弃,2010年后Sea Launch公司重组,且经过了一系列的调整,俄罗斯能源航天火箭集团收购了其95%的股份,波音公司仍保留了3%股份,挪威公司占2%,而乌克兰南方设计局由于受“俄乌交恶”事件影响退出项目,目前,Sea Launch公司基本全部由俄罗斯管理,总部位于瑞士。

 

公司重组后恢复了一段时间的发射服务,但由于政治变故(“俄乌交恶”)和2013年的波音索赔3.5亿美元的经济流失,2014年8月,Sea Launch公司为减少运营成本停止对发射和装配指挥船的运营。截至2015年12月,由于基础设施维护费用高达每年约3000万美元,俄罗斯Roscosmos和Energia公司一直在寻找海上发射资产的买家。2016年9月,俄罗斯的大型私营航空控股公司S7集团宣布收购Sea Launch公司,目前,Sea Launch与陆上发射(Land Launch)项目一起被并入S7 集团。

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收购Sea Launch是S7集团打入航天业的“门票”。2018年S7集团计划对海上发射项目进行重启活动,计划于2019年重新启用俄罗斯海上发射场地,用于第一次启动的天顶火箭也将于2019年制造完成。此外,S7集团和RSC Energia的合作将不仅限于陆地发射和海上发射服务,还将在创建太空运输基础设施方面进行进一步合作。

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主要参考资料:

1、 Sea Launch 

2、 Проект "Морской старт" Состав комплекса Стартовая платформа "Одиссей";

        Проект "Морской старт" Состав комплекса Сборочно-командное судно;

        Проект "Морской старт" Состав комплекса Ракета космического назначения "Зенит-3SL"等

3、Sea Launch venture

4、Sea Launch—WIKIPEDIA

5、Запуски ракет с космодрома «Морской старт» могут возобновиться в 2019 году

6、Sea Launch Marketed Alongside Boeing Delta Rockets

7、Спор с Boeing по "Морскому старту" разрешат до конца года

8、S7 SPACE