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火箭為(wei) 何要使用船舶運輸?這樣做有哪些好處?在各國航天事業(ye) 中,又有哪些經典的火箭運輸船“任勞任怨”呢?

歐洲阿裏安航天公司的新型火箭專(zhuan) 用運輸船被稱為(wei) “獨木舟”
火箭乘船很“舒坦”
在理想狀態下,火箭製造廠商應該與(yu) 發射場地相距較近,最好能夠實現火箭“出廠即發射”。可惜實際情況往往是十分複雜的,畢竟火箭是複雜的工業(ye) 產(chan) 品,涉及行業(ye) 、廠商眾(zhong) 多,火箭部件製造、組裝工作也很難集中在一個(ge) 地方。此外,人才和工業(ye) 聚集地是發展火箭製造業(ye) 的首選,但這樣的地方往往位於(yu) 大城市附近,難以滿足建造火箭發射場的環境、氣候、安全等條件。現實中,火箭製造和發射之地往往相隔遙遠,跨越大洲、大洋也不罕見。
如果發射場靠近海洋,火箭就可以乘坐運輸船前往,從(cong) 而規避鐵路和涵洞對火箭尺寸的限製,並且消除陸運過程中的某些隱患。登船之際,火箭可以相對完整地被放進運輸包裝箱,其內(nei) 部防磕碰、減振措施比較完善,往往填充了惰性氣體(ti) ,設置好恒溫恒濕控製條件,防止火災隱患和精密零部件遭遇異常。
可能有人認為(wei) ,飛機空運火箭更加快捷高效,但這是有代價(jia) 的。一方麵,使用飛機的成本一般比船舶高得多,尤其是在錙銖必較的商業(ye) 航天發射任務中,屬於(yu) 不容忽視的成本。另一方麵,飛機的氣動外形不能隨意修改,機體(ti) 貨艙的形狀、尺寸與(yu) 火箭運輸包裝箱也有可能發生衝(chong) 突,有時候必須對飛機進行特型化改裝,既增加了成本,又削弱了飛機的安全性和機場適應性。

火箭運輸包裝箱從(cong) 船上吊下
中國船:“兼職”與(yu) 專(zhuan) 用並行
火箭運輸船的概念比較寬泛,不妨將它們(men) 更細致地區分為(wei) “可以運輸火箭部件的兼職船”和“專(zhuan) 門運輸火箭部件的專(zhuan) 用船”。
前者能夠在內(nei) 河和海洋的各個(ge) 港口之間運輸貨物,比如前文提到的法國FERRYMAR號火箭運輸集滾船。還有我國“緒揚15號”“緒揚16號”“長福順”等大型運輸船,多次運送長征五號係列、長征七號係列火箭前往海南文昌。這些運輸船的甲板麵積大,貨艙容積大,確保在合適海況下不會(hui) 產(chan) 生超出火箭安全保障要求的側(ce) 傾(qing) 、橫搖等現象。

長福順號貨輪運輸火箭部件
隨著航天事業(ye) 發展,“兼職”火箭運輸船逐漸不能滿足航天大國的需求了。包括我國在內(nei) ,需要跨海運輸火箭部件的國家普遍建造或進口了專(zhuan) 用船。它們(men) 能夠更出色地保障火箭部件安全且狀態良好,尤其是適應部分特殊火箭部件的運輸任務。
目前,我國有兩(liang) 艘火箭部件專(zhuan) 用運輸船,即“遠望21號”和“遠望22號”,其基本參數一致,母港為(wei) 中國衛星海上測控部港口。可以說,這兩(liang) 艘船是專(zhuan) 門為(wei) 了運輸火箭(特別是長征五號係列火箭)前往海南文昌航天發射場而設計建造的。
據公開資料顯示,長征五號火箭的運輸集裝箱長度超過30米,導致普通運輸船難以安全可靠地執行運送任務。為(wei) 此,“遠望21號”和“遠望22號”的滿載排水量約為(wei) 9080噸,設計長130米,寬19米,型深12米,吃水約5.8米,專(zhuan) 門為(wei) 火箭部件配備了環境保障設備,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(liang) 艘運輸船加入中國衛星海上測控部的“遠望”大家族後,一直可靠地履行著從(cong) 港口接收各型號火箭部件並運送到海南文昌的使命。

“遠望 21 號”和“遠望 22 號”運送火箭部件
美國船:從(cong) 國營轉向私營
美國太空軍(jun) 和美國宇航局的航天發射場都位於(yu) 本土,但美國鐵路和公路的修建年代較早,加上政治、環保等因素影響,導致其存在較為(wei) 嚴(yan) 苛的貨物高度和重量限製,一些又大又重的火箭部件依賴專(zhuan) 用火箭運輸船。此外,美國內(nei) 陸工業(ye) 城市往往周邊水係發達,為(wei) 火箭運輸船執行任務提供了必要條件。
早在“阿波羅計劃”時代,為(wei) 了將馬歇爾航天飛行中心製造的土星1號火箭部件運送至卡納維拉爾角基地進行發射,美國宇航局決(jue) 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(cong) 大西洋沿岸北上,最終抵達卡角港口。
為(wei) 此,美國宇航局購買(mai) 了一艘二戰時期美國海軍(jun) 貨船,迅速完成改裝並改名為(wei) “妥協號”。這艘船在1961年8月5日從(cong) 馬歇爾航天飛行中心的碼頭出發,小心地通過因建造事故受損的惠勒水壩,在10天後將火箭部件送到卡角港口。10月27日,首枚土星1號火箭升空,驗證了火箭結構和空氣動力學性能,確保“阿波羅計劃”邁出了踏實的一步。

美國妥協號火箭運輸船
20世紀六七十年代是美國航天發展高潮期,美國宇航局的“獵戶座號”“波塞冬號”“珍珠河號”“帕拉蒙號”“小湖號”“許諾號”和美國海軍(jun) 的“古塚(zhong) 號”等船隻始終忙碌地運送土星1號、土星5號等火箭部件,往返於(yu) 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(wei) 美國航天早期成就立下了汗馬功勞。到了航天飛機時代,它們(men) 仍參與(yu) 了大量火箭部件運輸工作。

美國宇航局的多艘火箭運輸船如今已“功成身退”
為(wei) 了回收航天飛機的固體(ti) 助推器,美國宇航局購買(mai) 了兩(liang) 艘拖船,分別命名為(wei) “民主之星”和“自由之星”。在航天飛機起飛後,兩(liang) 船必須迅速趕往固體(ti) 助推器預期墜落海域,及時將其拖曳回港口。進入21世紀,兩(liang) 船還要負責拖曳飛馬座號火箭部件運輸船。隨著2011年航天飛機退役,這兩(liang) 艘船再無用武之地,2012年退役。目前,“飛馬座號”是美國宇航局唯一的現役火箭部件運輸船,長94.4米,寬15.2米,貨艙尺寸為(wei) 73.15米×10.97米×12.49米。該船於(yu) 1999年專(zhuan) 門設計建造,早期用途是將航天飛機的大型貯罐從(cong) 路易斯安那州海岸運到肯尼迪航天中心,每次任務需航行7~10天。2011年航天飛機退役後,“飛馬座號”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(jia) 值850萬(wan) 美元的合同,要求其翻新“飛馬座號”,以便運輸太空發射係統(SLS)重型火箭芯級,助力美國人“重返月球”。

飛馬座號運輸船運送航天飛機貯箱
該船的加長和設備改裝工作在2015年基本完成,2017年裝載SLS火箭模擬芯級,開展了改裝後首次航行。在2022年11月16日SLS火箭首飛前,其芯級在斯坦尼斯航天中心的點火測試都依賴“飛馬座號”奔波運送。需要注意的是,這艘船上配有員工宿舍等生活設施,但沒有動力係統,必須依靠拖船拖曳行駛。

拖船拖曳飛馬座號火箭運輸船
美國私營航天巨頭也擁有性能出色的火箭運輸船。聯合發射聯盟的“達美水手號”於(yu) 2000年服役,長95.3米,寬25米,高15.2米,保障設施可供16名船員生活,頂層甲板上有直升機停機坪。
該船自服役以來便一直將德爾它4係列、宇宙神5係列、火神-半人馬座火箭的部件從(cong) 阿拉巴馬州工廠運到佛羅裏達州的卡納維拉爾角太空軍(jun) 基地、加利福尼亞(ya) 州的範登堡太空軍(jun) 基地,每次任務最多能夠攜帶3個(ge) 49米長的重型德爾它4火箭的通用芯級,將火箭所有部件一次性送到發射場附近港口。這艘船與(yu) “飛馬座號”不同,配備了動力係統,能夠從(cong) 工廠沿著美國內(nei) 河進入到墨西哥灣,執行前往範登堡太空軍(jun) 基地的任務需要3周左右。
2019年,該船為(wei) 運輸火神-半人馬座火箭進行適應性改裝,重新更名為(wei) “火箭船”,可以說為(wei) 這款新火箭2024年成功首飛貢獻良多。不過,聯合發射聯盟即將被藍色起源公司收購,火神-半人馬座火箭有可能提前退役,“火箭船”的命運一時難以預料。

“火箭船”為(wei) 聯合發射聯盟服務
此外,美國太空探索技術公司頻繁實施獵鷹9火箭第一級海上落船回收任務,之後使用駁船將其運送回港口。這類駁船被外界視為(wei) 特殊的火箭運輸船,雖然航程很短,但也要注意控製穩定性,以免回收工作功虧(kui) 一簣。

獵鷹9火箭第一級回收工作曾因駁船不穩而功虧(kui) 一簣
歐洲船:新方案別出心裁
歐空局成員國對於(yu) 火箭運輸船的需求較大,主要原因是其本土緯度較高,缺少建設航天發射場的合適地點,最終選定了麵向空曠大西洋、距離赤道很近的法屬圭亞(ya) 那,以便火箭從(cong) 地球自轉“借力”,更高效地發射低傾(qing) 角軌道的載荷。
雖然法屬圭亞(ya) 那的庫魯航天發射中心早在1970年便投入使用,但是在很長一段時間裏,歐空局成員國沒有專(zhuan) 用火箭運輸船。直到20世紀90年代末阿裏安5火箭“挑大梁”,對運輸工具的要求更高,促使阿裏安航天公司出資建造了兩(liang) 艘專(zhuan) 用火箭運輸船,由MN公司負責運營,分別命名為(wei) “蜂鳥號”和“巨嘴鳥號”。

“蜂鳥號”是歐空局成員國首批使用的專(zhuan) 用火箭運輸船之一
長期以來,這兩(liang) 艘船主要負責將阿裏安5火箭、織女星係列火箭和俄製聯盟火箭的部件運送到法屬圭亞(ya) 那港口,實施整備發射。然而,隨著2022年國際形勢劇變,歐空局不再使用俄製火箭。2023年,阿裏安5火箭退役,織女星係列火箭遲遲無法完成排故歸零。種種原因迫使“蜂鳥號”和“巨嘴鳥號”近年來被完全投入商業(ye) 市場,從(cong) 側(ce) 麵體(ti) 現了歐洲火箭製造業(ye) 的尷尬。
在外界看來,“青黃不接”的歐空局航天發射業(ye) 務似乎不必使用專(zhuan) 業(ye) 火箭運輸船了,類似中國建造的FERRYMAR號火箭運輸集滾船就能滿足其需求。該船總長120米,型寬22米,可以運輸有望於(yu) 2024年首飛的阿裏安6火箭部件,也可以運送汽車等一般貨物。

法國FERRYMAR 號火箭運輸集滾船由中國製造
然而,2022年12月,一艘被稱為(wei) “獨木舟”的火箭運輸船公開試航,並於(yu) 2023年從(cong) 歐洲前往法屬圭亞(ya) 那,引發外界關(guan) 注。該船於(yu) 2020年在波蘭(lan) 開工,建造工作由荷蘭(lan) 海王星海事公司主持,設計方在賽艇等領域口碑良好,造就了“獨木舟”的獨特外形。

“獨木舟”試航
從(cong) 尺寸來看,作為(wei) 一艘需要跨越大西洋航行的運輸船,“獨木舟”算不上特殊,長121米,寬22米,排水量約10000噸。但是,“獨木舟”幾乎會(hui) 給任何目睹它的人留下深刻印象,這主要歸功於(yu) 其甲板上安裝的巨大風帆。
這些可伸縮式風帆由法國AYRO公司發明,被命名為(wei) “海洋之帆”。每張風帆高約37米,4張風帆總麵積接近1500平方米。按設計,每張風帆都能360度旋轉並調整帆麵狀態,借助智能化操控係統,根據風況精細地自動調整姿態,從(cong) 而獲得最大的推力,效率遠遠超過傳(chuan) 統風帆。

俯瞰“獨木舟”的風帆和甲板
風帆驅動無疑迎合了歐洲前些年大力宣傳(chuan) 的環保理念,“獨木舟”借此有望節省最多50%的柴油消耗,平時巡航狀態下的油耗也會(hui) 降低30%左右。之所以強調柴油,是因為(wei) “獨木舟”並沒有把綠色節能“貫徹到底”,還配備了兩(liang) 台柴油機,很可能是世界上第一艘柴油風帆混合動力運輸船。據說,該船可以在運輸近5000噸貨物的情況下以16.5節的速度長途航行。按計劃,該船每年能夠在歐洲和法屬圭亞(ya) 那之間往返11次,每次停靠多個(ge) 港口,整個(ge) 航程接近1個(ge) 月。
阿裏安航天公司對於(yu) 這種動力新穎的火箭運輸船缺乏使用經驗,因此“獨木舟”由另一家商船公司代理運營,其能否勝任核心任務、是否能收獲預期的經濟效益,受到全世界同行的關(guan) 注。
伴隨航天產(chan) 業(ye) 蓬勃發展
其實,火箭運輸船與(yu) 火車、卡車、飛機等運輸工具並沒有本質上的不同,隻不過,水運對貨物尺寸大小的限製更少,運輸成本往往也要便宜得多,導致在航空和鐵路已如此發達的當下,水運仍是世界大宗貨物的核心運輸方式,對於(yu) 靠近較低緯度港口布局的航天發射產(chan) 業(ye) 尤其重要。
美歐火箭運輸船的發展曆程表明,其規模、技術水平、設計方案都與(yu) 航天產(chan) 業(ye) 發展態勢息息相關(guan) 。
據公開新聞報道,為(wei) 了滿足越來越旺盛的航天發射需求,我國海南文昌的航天基礎設施仍在持續擴建,服務於(yu) 現役火箭和新型火箭的總裝廠房和發射工位正在如火如荼地建設。與(yu) 此同時,我國周邊海上火箭發射任務越來越多,相關(guan) 港口附近逐漸形成了大規模航天產(chan) 業(ye) 聚集區,對火箭部件和後勤物資的運輸需求也越來越大。
以上種種跡象表明,我國火箭發射任務將越來越多地利用海洋和港口,對於(yu) 火箭運輸船的載重量、貨物尺寸、綜合效益等指標必然會(hui) 提出更高的要求,新船型、新動力、新技術預計會(hui) 持續應用到火箭運輸船上。暢想未來,航天工業(ye) 和船舶工業(ye) 強強聯手,必將支持更多火箭更頻繁地飛天,部署更多服務於(yu) 國計民生的衛星,探索更遙遠深空,實現中國人登月登火等宏偉(wei) 目標。

我國將有越來越多的火箭在海上運輸和發射
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