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中美俄火箭发射塔架的区别和造成这些区别的原因?

归档日期:07-11       文本归类:发射架      文章编辑:爱尚语录

  先说发射塔的用途。发射塔主要用来为发射台上的火箭通过脐带进行燃料加注的补充,提供和地面的有线通信接口,以及进行物理约束。同时也提供人员登上的路径,以便在发射台上为火箭做最后的检测或者送上航天员。

  所以这也是最典型的火箭发射架构型--大抵上,就是一个巨大的塔状结构提供最基本的接口服务或燃料加注服务。有时还会有一个更巨大的可移动式发射塔,提供人员登上及检测等功能。若是两个塔的结构又是发射非载人火箭的话,前者可能非常的简单。比如下图这张早期型德尔塔火箭的固定发射塔:

  德尔塔四则是少见的双移动发射塔,原因是其中一个发射塔同时还承担垂直装配大楼的任务:

  土星五因为要载人,尤其是还在里面在安置了叫做White room的航天员整备舱,所以固定式发射塔(左侧的红色塔)要复杂得多。

  美国之所以可以采用这样的风格,是因为他们不太需要在发射塔上做些别的事情。因为上塔的时候,火箭已经装配完成了啊。美国的习惯是将运载火箭在一个垂直装配大楼里将火箭预先装配成竖起的形式,然后通过火车轨道或者专用的运输车垂直运输到发射台上(或者干脆让垂直装配大楼变成移动式的)。如此一来,发射架只需要提供最基础的服务就可以了。因此可以设计得很简单。有的时候简单得只是一根杆子。

  许是因为不想造出来那么巨大目标的建筑,俄国从来是不使用垂直装配大楼的。反之,俄国的运载火箭都是在普通的厂房里水平装配好,然后用火车拖到发射台上。

  可是火箭送到了发射台以后总不能就这么水平着发射吧。没关系,俄国虽然不喜欢造垂直装配大楼,但他们的液压设备可是非常厉害的。所以俄国的火箭发射塔上会额外多出来一个巨大的液压臂,简单粗暴的将送到的运载火箭立上发射台。

  当然这样的液压臂同时也可以分担一部分普通的发射塔功能。如此一来,原本在发射工位上的固定式发射塔可能就被设计得非常简单。有可能像联盟火箭一样,设计成几个单独提供约束、人员登上和燃料加注的小塔。或者像质子火箭一样,干脆就用那个液压臂当做发射塔了事。较为罕见的是N1,采取的是美式的发射塔设计。液压臂只是单纯的用作运输和起竖,不做其他用处。

  俄国这样做虽然麻烦,却也有不少好处--毕竟水平装配的成本比使用垂直装配大楼要低很多,而且节省时间,甚至可以同时在一个厂房里装配两只火箭。(栗子如苏联时期,发射联盟飞船时经常会同时装配两只火箭在两个发射台上。一只作为正样另一只作为备份。若是正样发射时出现事故,备份只要2、3天的准备就可以再次发射。)如此一来,若需要高频率发射火箭的话,水平装配无论时间成本还是经济成本都会低很多。所以一些西方国家也开始尝试使用水平装配+起竖的设计。比如SpaceX的Falcon 9。

  当然混杂的设计也有的。比如库鲁航天中心的联盟2号火箭发射工位就同时提供了俄式风格的发射塔和美式风格的可移动垂直装配大楼。不过后者更多是用来为欧盟的技术人员提供检测的环境,算是为了行政原因做的妥协吧~

  但你即造不起垂直装配大楼又没有那么强的液压设备的话怎么办呢?没办法,你的发射塔还得再增加一个功能--装配火箭。

  中国早期就是这样子的。技术无力支持水平组装,早期也没法造垂直装配大楼,所以勤务塔(发射架)只好同时承担火箭装配、调试、加注燃料和发射的任务。功能非常复杂。勤务塔一般会在塔顶提供一个塔吊,以吊装火箭。同时,哪怕是发射非常简单的火箭,塔上也会有若干非常巨大的活动平台,以提供固定火箭、人员和设备的行走空间。

  这样的设计是很不好的。毕竟在那么小的地方上集中这么多设备,那么勤务塔的使用效果想必不会好到哪去。而且这样一来的话,火箭的发射频率就会非常低了--毕竟什么都要在发射工位上做,那下一个火箭必须得等到台上的火箭发射以后才能开始装配,而不是像美俄的设计一样,只要前一个移出装配厂房就可以开工装配了。若需要密集发射,这样的设计是非常不利的。更糟糕的是,若是火箭在发射台上爆炸了,那么这一下可就真的会炸得什么都不剩了。但对于穷国来说,除了这样设计,好像也没什么好的办法。所以过去的中国,如今的印度和朝鲜,都是这样的设计。

  *酒泉的921工位上复杂的勤务塔。注意塔吊和庞大的活动平台。需要说明的是现在火箭的组装已经不在这个塔里进行了。谢

  当然后来随着经费充足,中国也开始走美国的垂直装配大楼+简单发射架的风格了。只是旧的发射塔后来没有再改造就是,仍然维持着当年的风格。

  除了以上几位提到的常规也就是地面发射、空中发射方式外,还有海上移动平台、海上固定平台和水下发射(是的,水下发射。是的,不是发射核弹头。)

  海上移动发射是「海上发射公司(Sea Launch)」的招牌业务。这个公司拥有一个海上移动发射平台,通过在赤道发射航天器来降低成本(在赤道可以利用地球自传的线速度,也省掉了大部分改变轨道平面的步骤)。另外大洋深处的无人海域没有航线干扰,同时可以避免可能发生的事故威胁居民和环境安全。

  发射平台是由移动钻井平台改装的,发射前要先到美国加利福尼亚在海上指挥船上完成火箭、有效载荷和发射架等的组装并转移到发射平台上(相当于在地面上时的水平组装),然后指挥船和发射平台一起前往发射海域(相当于用火车把组装好的火箭运往发射工位)。发射前火箭完成起竖,燃料加注,然后所有人员撤离发射平台并保持至少5公里的距离。不要觉得没有必要,07年有一次发射时火箭就在发射台上爆炸了,如果人员没有撤离的话……不敢看啊不敢看。

  到目前为止所有海上发射公司完成发射的卫星都是同步卫星。原因也很简单,一般的卫星没必要这样做。

  运载火箭只使用为海上发射设计的天顶-3SL火箭,最大同步轨道载荷为6吨。

  到达预定海域,正在起竖火箭。可以看出整个发射的准备过程其实和上面 airbunny 说的水平发射异曲同工,只不过是把整个过程挪到了海上。

  海上固定平台发射也是只此一家别无分号,意大利的圣马克发射场。这回是用固定钻井平台改装的。这个发射场接近赤道,在这里发射和Sea Launch的原因一样,节省成本。从这里发射的火箭都是轻型的侦察兵系列火箭,运载能力很弱。这个发射平台目前已经不再发射火箭了。

  最后一个就是水下发射。俄国人把R-29RM潜射导弹改装了一下命名为「无风-1」型(其实就是把弹头换成有效载荷,另外安装了相应的导航设备和软件),由现役的得尔塔IV型潜艇发射。这回是在巴伦支海发射的。它的有效载荷很小,轨道高度200公里、轨道倾角为79度时,有效载荷最高只能达到160千克。不过它的优点是机动性很强,可以在很多需要的纬度发射以满足多种轨道的发射需求。毕竟潜射弹道导弹发射时远没有运载火箭那样娇嫩和脆弱,运输的话也只要把潜艇开过去就好了……不过目前为止几次发射都是在巴伦支海。

  1、第伯聂运载火箭。在洲际导弹发射井发射,实际上就因削减核武,闲置的大量洲际导弹不知往哪扔,后来有家俄乌哈三国合资的公司将它改成运载火箭,连发射方式都保持原样,有兴趣可以看看发射视频各种酷炫。

  2、飞马座火箭。OSC(美国轨道科学公司)研制的空射型运载火箭,用运输机驼到天上扔下来点亮固体火箭然后打上轨道,近地轨道酬载大概三四百KG左右,也是酷炫。

  有在轨释放的,比如哈勃,也有通过航天飞机发射的,比如美国伽利略号木星探测器,虽然后来高增益天线出故障被卡住。

  补充一下吧,之所以我们采用看上去很笨重的垂直起吊装配发射,有一部分原因是受制于火箭上的平台惯导系统。这货是不能够放倒的,而且制导系统在算法上也要求发射前瞄准发射方位角,所以不能简单的竖起来了事。随着捷联惯导系统以及新技术的广泛应用,在新一代运载火箭中,这种发射方式会逐渐消失。

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