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火箭為何要使用船舶運(yùn)輸?這樣做有哪些好處?在各國航天事業(yè)中,又有哪些經(jīng)典的火箭運(yùn)輸船“任勞任怨”呢?
歐洲阿里安航天公司的新型火箭專用運(yùn)輸船被稱為“獨(dú)木舟”
火箭乘船很“舒坦”
在理想狀態(tài)下,火箭制造廠商應(yīng)該與發(fā)射場(chǎng)地相距較近,最好能夠?qū)崿F(xiàn)火箭“出廠即發(fā)射”??上?shí)際情況往往是十分復(fù)雜的,畢竟火箭是復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品,涉及行業(yè)、廠商眾多,火箭部件制造、組裝工作也很難集中在一個(gè)地方。此外,人才和工業(yè)聚集地是發(fā)展火箭制造業(yè)的首選,但這樣的地方往往位于大城市附近,難以滿足建造火箭發(fā)射場(chǎng)的環(huán)境、氣候、安全等條件。現(xiàn)實(shí)中,火箭制造和發(fā)射之地往往相隔遙遠(yuǎn),跨越大洲、大洋也不罕見。
如果發(fā)射場(chǎng)靠近海洋,火箭就可以乘坐運(yùn)輸船前往,從而規(guī)避鐵路和涵洞對(duì)火箭尺寸的限制,并且消除陸運(yùn)過程中的某些隱患。登船之際,火箭可以相對(duì)完整地被放進(jìn)運(yùn)輸包裝箱,其內(nèi)部防磕碰、減振措施比較完善,往往填充了惰性氣體,設(shè)置好恒溫恒濕控制條件,防止火災(zāi)隱患和精密零部件遭遇異常。
可能有人認(rèn)為,飛機(jī)空運(yùn)火箭更加快捷高效,但這是有代價(jià)的。一方面,使用飛機(jī)的成本一般比船舶高得多,尤其是在錙銖必較的商業(yè)航天發(fā)射任務(wù)中,屬于不容忽視的成本。另一方面,飛機(jī)的氣動(dòng)外形不能隨意修改,機(jī)體貨艙的形狀、尺寸與火箭運(yùn)輸包裝箱也有可能發(fā)生沖突,有時(shí)候必須對(duì)飛機(jī)進(jìn)行特型化改裝,既增加了成本,又削弱了飛機(jī)的安全性和機(jī)場(chǎng)適應(yīng)性。
火箭運(yùn)輸包裝箱從船上吊下
中國船:“兼職”與專用并行
火箭運(yùn)輸船的概念比較寬泛,不妨將它們更細(xì)致地區(qū)分為“可以運(yùn)輸火箭部件的兼職船”和“專門運(yùn)輸火箭部件的專用船”。
前者能夠在內(nèi)河和海洋的各個(gè)港口之間運(yùn)輸貨物,比如前文提到的法國FERRYMAR號(hào)火箭運(yùn)輸集滾船。還有我國“緒揚(yáng)15號(hào)”“緒揚(yáng)16號(hào)”“長(zhǎng)福順”等大型運(yùn)輸船,多次運(yùn)送長(zhǎng)征五號(hào)系列、長(zhǎng)征七號(hào)系列火箭前往海南文昌。這些運(yùn)輸船的甲板面積大,貨艙容積大,確保在合適海況下不會(huì)產(chǎn)生超出火箭安全保障要求的側(cè)傾、橫搖等現(xiàn)象。
長(zhǎng)福順號(hào)貨輪運(yùn)輸火箭部件
隨著航天事業(yè)發(fā)展,“兼職”火箭運(yùn)輸船逐漸不能滿足航天大國的需求了。包括我國在內(nèi),需要跨海運(yùn)輸火箭部件的國家普遍建造或進(jìn)口了專用船。它們能夠更出色地保障火箭部件安全且狀態(tài)良好,尤其是適應(yīng)部分特殊火箭部件的運(yùn)輸任務(wù)。
目前,我國有兩艘火箭部件專用運(yùn)輸船,即“遠(yuǎn)望21號(hào)”和“遠(yuǎn)望22號(hào)”,其基本參數(shù)一致,母港為中國衛(wèi)星海上測(cè)控部港口??梢哉f,這兩艘船是專門為了運(yùn)輸火箭(特別是長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭)前往海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)而設(shè)計(jì)建造的。
據(jù)公開資料顯示,長(zhǎng)征五號(hào)火箭的運(yùn)輸集裝箱長(zhǎng)度超過30米,導(dǎo)致普通運(yùn)輸船難以安全可靠地執(zhí)行運(yùn)送任務(wù)。為此,“遠(yuǎn)望21號(hào)”和“遠(yuǎn)望22號(hào)”的滿載排水量約為9080噸,設(shè)計(jì)長(zhǎng)130米,寬19米,型深12米,吃水約5.8米,專門為火箭部件配備了環(huán)境保障設(shè)備,以免火箭遭受海上鹽霧和空氣濕度的不良影響。自2013年起,這兩艘運(yùn)輸船加入中國衛(wèi)星海上測(cè)控部的“遠(yuǎn)望”大家族后,一直可靠地履行著從港口接收各型號(hào)火箭部件并運(yùn)送到海南文昌的使命。
“遠(yuǎn)望 21 號(hào)”和“遠(yuǎn)望 22 號(hào)”運(yùn)送火箭部件
美國船:從國營轉(zhuǎn)向私營
美國太空軍和美國宇航局的航天發(fā)射場(chǎng)都位于本土,但美國鐵路和公路的修建年代較早,加上政治、環(huán)保等因素影響,導(dǎo)致其存在較為嚴(yán)苛的貨物高度和重量限制,一些又大又重的火箭部件依賴專用火箭運(yùn)輸船。此外,美國內(nèi)陸工業(yè)城市往往周邊水系發(fā)達(dá),為火箭運(yùn)輸船執(zhí)行任務(wù)提供了必要條件。
早在“阿波羅計(jì)劃”時(shí)代,為了將馬歇爾航天飛行中心制造的土星1號(hào)火箭部件運(yùn)送至卡納維拉爾角基地進(jìn)行發(fā)射,美國宇航局決定使用駁船裝載大型火箭部件,先沿著田納西河、俄亥俄河和密西西比河航行,再穿越墨西哥灣,從大西洋沿岸北上,最終抵達(dá)卡角港口。
為此,美國宇航局購買了一艘二戰(zhàn)時(shí)期美國海軍貨船,迅速完成改裝并改名為“妥協(xié)號(hào)”。這艘船在1961年8月5日從馬歇爾航天飛行中心的碼頭出發(fā),小心地通過因建造事故受損的惠勒水壩,在10天后將火箭部件送到卡角港口。10月27日,首枚土星1號(hào)火箭升空,驗(yàn)證了火箭結(jié)構(gòu)和空氣動(dòng)力學(xué)性能,確?!鞍⒉_計(jì)劃”邁出了踏實(shí)的一步。
美國妥協(xié)號(hào)火箭運(yùn)輸船
20世紀(jì)六七十年代是美國航天發(fā)展高潮期,美國宇航局的“獵戶座號(hào)”“波塞冬號(hào)”“珍珠河號(hào)”“帕拉蒙號(hào)”“小湖號(hào)”“許諾號(hào)”和美國海軍的“古冢號(hào)”等船只始終忙碌地運(yùn)送土星1號(hào)、土星5號(hào)等火箭部件,往返于米丘德裝配中心、斯坦尼斯航天中心、肯尼迪航天中心等地之間,為美國航天早期成就立下了汗馬功勞。到了航天飛機(jī)時(shí)代,它們?nèi)詤⑴c了大量火箭部件運(yùn)輸工作。
美國宇航局的多艘火箭運(yùn)輸船如今已“功成身退”
為了回收航天飛機(jī)的固體助推器,美國宇航局購買了兩艘拖船,分別命名為“民主之星”和“自由之星”。在航天飛機(jī)起飛后,兩船必須迅速趕往固體助推器預(yù)期墜落海域,及時(shí)將其拖曳回港口。進(jìn)入21世紀(jì),兩船還要負(fù)責(zé)拖曳飛馬座號(hào)火箭部件運(yùn)輸船。隨著2011年航天飛機(jī)退役,這兩艘船再無用武之地,2012年退役。目前,“飛馬座號(hào)”是美國宇航局唯一的現(xiàn)役火箭部件運(yùn)輸船,長(zhǎng)94.4米,寬15.2米,貨艙尺寸為73.15米×10.97米×12.49米。該船于1999年專門設(shè)計(jì)建造,早期用途是將航天飛機(jī)的大型貯罐從路易斯安那州海岸運(yùn)到肯尼迪航天中心,每次任務(wù)需航行7~10天。2011年航天飛機(jī)退役后,“飛馬座號(hào)”一度被閑置在斯坦尼斯航天中心。直到2014年,美國宇航局授予造船廠價(jià)值850萬美元的合同,要求其翻新“飛馬座號(hào)”,以便運(yùn)輸太空發(fā)射系統(tǒng)(SLS)重型火箭芯級(jí),助力美國人“重返月球”。
飛馬座號(hào)運(yùn)輸船運(yùn)送航天飛機(jī)貯箱
該船的加長(zhǎng)和設(shè)備改裝工作在2015年基本完成,2017年裝載SLS火箭模擬芯級(jí),開展了改裝后首次航行。在2022年11月16日SLS火箭首飛前,其芯級(jí)在斯坦尼斯航天中心的點(diǎn)火測(cè)試都依賴“飛馬座號(hào)”奔波運(yùn)送。需要注意的是,這艘船上配有員工宿舍等生活設(shè)施,但沒有動(dòng)力系統(tǒng),必須依靠拖船拖曳行駛。
拖船拖曳飛馬座號(hào)火箭運(yùn)輸船
美國私營航天巨頭也擁有性能出色的火箭運(yùn)輸船。聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的“達(dá)美水手號(hào)”于2000年服役,長(zhǎng)95.3米,寬25米,高15.2米,保障設(shè)施可供16名船員生活,頂層甲板上有直升機(jī)停機(jī)坪。
該船自服役以來便一直將德爾它4系列、宇宙神5系列、火神-半人馬座火箭的部件從阿拉巴馬州工廠運(yùn)到佛羅里達(dá)州的卡納維拉爾角太空軍基地、加利福尼亞州的范登堡太空軍基地,每次任務(wù)最多能夠攜帶3個(gè)49米長(zhǎng)的重型德爾它4火箭的通用芯級(jí),將火箭所有部件一次性送到發(fā)射場(chǎng)附近港口。這艘船與“飛馬座號(hào)”不同,配備了動(dòng)力系統(tǒng),能夠從工廠沿著美國內(nèi)河進(jìn)入到墨西哥灣,執(zhí)行前往范登堡太空軍基地的任務(wù)需要3周左右。
2019年,該船為運(yùn)輸火神-半人馬座火箭進(jìn)行適應(yīng)性改裝,重新更名為“火箭船”,可以說為這款新火箭2024年成功首飛貢獻(xiàn)良多。不過,聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟即將被藍(lán)色起源公司收購,火神-半人馬座火箭有可能提前退役,“火箭船”的命運(yùn)一時(shí)難以預(yù)料。
“火箭船”為聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟服務(wù)
此外,美國太空探索技術(shù)公司頻繁實(shí)施獵鷹9火箭第一級(jí)海上落船回收任務(wù),之后使用駁船將其運(yùn)送回港口。這類駁船被外界視為特殊的火箭運(yùn)輸船,雖然航程很短,但也要注意控制穩(wěn)定性,以免回收工作功虧一簣。
獵鷹9火箭第一級(jí)回收工作曾因駁船不穩(wěn)而功虧一簣
歐洲船:新方案別出心裁
歐空局成員國對(duì)于火箭運(yùn)輸船的需求較大,主要原因是其本土緯度較高,缺少建設(shè)航天發(fā)射場(chǎng)的合適地點(diǎn),最終選定了面向空曠大西洋、距離赤道很近的法屬圭亞那,以便火箭從地球自轉(zhuǎn)“借力”,更高效地發(fā)射低傾角軌道的載荷。
雖然法屬圭亞那的庫魯航天發(fā)射中心早在1970年便投入使用,但是在很長(zhǎng)一段時(shí)間里,歐空局成員國沒有專用火箭運(yùn)輸船。直到20世紀(jì)90年代末阿里安5火箭“挑大梁”,對(duì)運(yùn)輸工具的要求更高,促使阿里安航天公司出資建造了兩艘專用火箭運(yùn)輸船,由MN公司負(fù)責(zé)運(yùn)營,分別命名為“蜂鳥號(hào)”和“巨嘴鳥號(hào)”。
“蜂鳥號(hào)”是歐空局成員國首批使用的專用火箭運(yùn)輸船之一
長(zhǎng)期以來,這兩艘船主要負(fù)責(zé)將阿里安5火箭、織女星系列火箭和俄制聯(lián)盟火箭的部件運(yùn)送到法屬圭亞那港口,實(shí)施整備發(fā)射。然而,隨著2022年國際形勢(shì)劇變,歐空局不再使用俄制火箭。2023年,阿里安5火箭退役,織女星系列火箭遲遲無法完成排故歸零。種種原因迫使“蜂鳥號(hào)”和“巨嘴鳥號(hào)”近年來被完全投入商業(yè)市場(chǎng),從側(cè)面體現(xiàn)了歐洲火箭制造業(yè)的尷尬。
在外界看來,“青黃不接”的歐空局航天發(fā)射業(yè)務(wù)似乎不必使用專業(yè)火箭運(yùn)輸船了,類似中國建造的FERRYMAR號(hào)火箭運(yùn)輸集滾船就能滿足其需求。該船總長(zhǎng)120米,型寬22米,可以運(yùn)輸有望于2024年首飛的阿里安6火箭部件,也可以運(yùn)送汽車等一般貨物。
法國FERRYMAR 號(hào)火箭運(yùn)輸集滾船由中國制造
然而,2022年12月,一艘被稱為“獨(dú)木舟”的火箭運(yùn)輸船公開試航,并于2023年從歐洲前往法屬圭亞那,引發(fā)外界關(guān)注。該船于2020年在波蘭開工,建造工作由荷蘭海王星海事公司主持,設(shè)計(jì)方在賽艇等領(lǐng)域口碑良好,造就了“獨(dú)木舟”的獨(dú)特外形。
“獨(dú)木舟”試航
從尺寸來看,作為一艘需要跨越大西洋航行的運(yùn)輸船,“獨(dú)木舟”算不上特殊,長(zhǎng)121米,寬22米,排水量約10000噸。但是,“獨(dú)木舟”幾乎會(huì)給任何目睹它的人留下深刻印象,這主要?dú)w功于其甲板上安裝的巨大風(fēng)帆。
這些可伸縮式風(fēng)帆由法國AYRO公司發(fā)明,被命名為“海洋之帆”。每張風(fēng)帆高約37米,4張風(fēng)帆總面積接近1500平方米。按設(shè)計(jì),每張風(fēng)帆都能360度旋轉(zhuǎn)并調(diào)整帆面狀態(tài),借助智能化操控系統(tǒng),根據(jù)風(fēng)況精細(xì)地自動(dòng)調(diào)整姿態(tài),從而獲得最大的推力,效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)風(fēng)帆。
俯瞰“獨(dú)木舟”的風(fēng)帆和甲板
風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)無疑迎合了歐洲前些年大力宣傳的環(huán)保理念,“獨(dú)木舟”借此有望節(jié)省最多50%的柴油消耗,平時(shí)巡航狀態(tài)下的油耗也會(huì)降低30%左右。之所以強(qiáng)調(diào)柴油,是因?yàn)椤蔼?dú)木舟”并沒有把綠色節(jié)能“貫徹到底”,還配備了兩臺(tái)柴油機(jī),很可能是世界上第一艘柴油風(fēng)帆混合動(dòng)力運(yùn)輸船。據(jù)說,該船可以在運(yùn)輸近5000噸貨物的情況下以16.5節(jié)的速度長(zhǎng)途航行。按計(jì)劃,該船每年能夠在歐洲和法屬圭亞那之間往返11次,每次停靠多個(gè)港口,整個(gè)航程接近1個(gè)月。
阿里安航天公司對(duì)于這種動(dòng)力新穎的火箭運(yùn)輸船缺乏使用經(jīng)驗(yàn),因此“獨(dú)木舟”由另一家商船公司代理運(yùn)營,其能否勝任核心任務(wù)、是否能收獲預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益,受到全世界同行的關(guān)注。
伴隨航天產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展
其實(shí),火箭運(yùn)輸船與火車、卡車、飛機(jī)等運(yùn)輸工具并沒有本質(zhì)上的不同,只不過,水運(yùn)對(duì)貨物尺寸大小的限制更少,運(yùn)輸成本往往也要便宜得多,導(dǎo)致在航空和鐵路已如此發(fā)達(dá)的當(dāng)下,水運(yùn)仍是世界大宗貨物的核心運(yùn)輸方式,對(duì)于靠近較低緯度港口布局的航天發(fā)射產(chǎn)業(yè)尤其重要。
美歐火箭運(yùn)輸船的發(fā)展歷程表明,其規(guī)模、技術(shù)水平、設(shè)計(jì)方案都與航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)息息相關(guān)。
據(jù)公開新聞報(bào)道,為了滿足越來越旺盛的航天發(fā)射需求,我國海南文昌的航天基礎(chǔ)設(shè)施仍在持續(xù)擴(kuò)建,服務(wù)于現(xiàn)役火箭和新型火箭的總裝廠房和發(fā)射工位正在如火如荼地建設(shè)。與此同時(shí),我國周邊海上火箭發(fā)射任務(wù)越來越多,相關(guān)港口附近逐漸形成了大規(guī)模航天產(chǎn)業(yè)聚集區(qū),對(duì)火箭部件和后勤物資的運(yùn)輸需求也越來越大。
以上種種跡象表明,我國火箭發(fā)射任務(wù)將越來越多地利用海洋和港口,對(duì)于火箭運(yùn)輸船的載重量、貨物尺寸、綜合效益等指標(biāo)必然會(huì)提出更高的要求,新船型、新動(dòng)力、新技術(shù)預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)應(yīng)用到火箭運(yùn)輸船上。暢想未來,航天工業(yè)和船舶工業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手,必將支持更多火箭更頻繁地飛天,部署更多服務(wù)于國計(jì)民生的衛(wèi)星,探索更遙遠(yuǎn)深空,實(shí)現(xiàn)中國人登月登火等宏偉目標(biāo)。
我國將有越來越多的火箭在海上運(yùn)輸和發(fā)射
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