躺著還是站著？火箭轉(zhuǎn)運(yùn)方式門(mén)道多

前不久，長(zhǎng)征七號(hào)火箭載著天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船在文昌航天發(fā)射場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)的視頻，再次引起了大家關(guān)注?；鸺瓿煽傃b測(cè)試后，從總裝測(cè)試廠房轉(zhuǎn)移到發(fā)射工位，其過(guò)程就是火箭轉(zhuǎn)運(yùn)或轉(zhuǎn)場(chǎng)。實(shí)際上，火箭常見(jiàn)的轉(zhuǎn)運(yùn)方式有“躺著”轉(zhuǎn)運(yùn)和“站著”轉(zhuǎn)運(yùn)。那么，為什么大同小異的運(yùn)載火箭會(huì)發(fā)展出截然不同的轉(zhuǎn)運(yùn)方式？它們又各有什么優(yōu)劣呢？

水平轉(zhuǎn)運(yùn)成本低

運(yùn)載火箭“躺著”轉(zhuǎn)運(yùn)，學(xué)名水平轉(zhuǎn)運(yùn)。蘇聯(lián)首創(chuàng)火箭水平轉(zhuǎn)運(yùn)方式，俄羅斯繼續(xù)發(fā)展到今天，是該國(guó)轉(zhuǎn)運(yùn)方式的主流，在其他國(guó)家也得到了應(yīng)用，是一種常見(jiàn)的轉(zhuǎn)運(yùn)方式。

(資料圖片僅供參考)

火箭采用水平轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，經(jīng)?？吹蕉砹_斯使用火車(chē)?yán)鸺睫D(zhuǎn)運(yùn)起豎車(chē)和聯(lián)盟號(hào)火箭進(jìn)發(fā)射場(chǎng)的畫(huà)面，充滿(mǎn)蒸汽朋克的歷史厚重感?！百|(zhì)子號(hào)”也是用火車(chē)水平轉(zhuǎn)運(yùn)，哪怕是蘇聯(lián)時(shí)代空前絕后的能源號(hào)重型運(yùn)載火箭，也都采用水平轉(zhuǎn)運(yùn)方式。

由火車(chē)運(yùn)輸?shù)穆?lián)盟號(hào)運(yùn)載火箭

火箭會(huì)在總裝和測(cè)試廠房中水平裝配，隨后水平轉(zhuǎn)運(yùn)到發(fā)射工位，之后由起豎機(jī)構(gòu)進(jìn)行起豎操作，把水平狀態(tài)的火箭和載荷組合體，變成垂直狀態(tài)等待測(cè)試和發(fā)射。曾經(jīng)是世界上最大火箭的“土星五號(hào)”也就10米直徑，常見(jiàn)的聯(lián)盟號(hào)火箭采用并聯(lián)捆綁式設(shè)計(jì)，芯級(jí)直徑2.95米，最大直徑也就10.3米，因此對(duì)絕大多數(shù)僅需水平轉(zhuǎn)運(yùn)的火箭來(lái)說(shuō)，總裝廠房高度十幾米就夠用了。

如果火箭采用垂直轉(zhuǎn)運(yùn)，需要建造幾十米甚至上百米高的總裝測(cè)試大樓，這花錢(qián)就太多了。運(yùn)載火箭垂直吊裝不僅麻煩費(fèi)勁，而且高空作業(yè)也帶來(lái)了更多危險(xiǎn)。水平轉(zhuǎn)運(yùn)配套的水平組裝方式便于快速組裝，以及擴(kuò)大廠房增加組裝線(xiàn)，這些都有利于實(shí)現(xiàn)火箭的快速發(fā)射。蘇聯(lián)人搞運(yùn)載火箭一上手就選擇了水平轉(zhuǎn)運(yùn)方式，避免了火箭垂直吊裝的問(wèn)題，是很合理的選擇。

冷戰(zhàn)結(jié)束后，蘇聯(lián)水平轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)得到了美國(guó)青睞。例如，美國(guó)德?tīng)査蘒V火箭、獵鷹9火箭都采用水平轉(zhuǎn)運(yùn)方式，其目的就是降低火箭在地面測(cè)發(fā)的成本。

垂直轉(zhuǎn)運(yùn)更可靠

火箭除了“躺著”轉(zhuǎn)運(yùn)外，還有“站著”走的垂直轉(zhuǎn)運(yùn)方式?；鸺怪鞭D(zhuǎn)運(yùn)自然要垂直組裝，這就需要高大的總裝測(cè)試大樓。盡管如此，“三垂”也就是垂直總裝、垂直測(cè)試、垂直轉(zhuǎn)運(yùn)模式仍然得到了廣泛應(yīng)用。美國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)以“三垂”模式為主，受其影響，歐空局和日本的主力運(yùn)載火箭也采用“三垂”模式。一些國(guó)家尤其是歐日的火箭普遍使用垂直轉(zhuǎn)運(yùn)模式，我國(guó)的長(zhǎng)征二號(hào)F、長(zhǎng)征五號(hào)和長(zhǎng)征七號(hào)等火箭也是垂直轉(zhuǎn)運(yùn)模式，主要原因是垂直轉(zhuǎn)運(yùn)的效果更好。

神舟十三號(hào)船箭組合體轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)

眾所周知，運(yùn)載火箭都是垂直發(fā)射的，而垂直轉(zhuǎn)運(yùn)的火箭都使用垂直組裝方式?；鸺怪苯M裝完成后，到發(fā)射前都保持垂直狀態(tài)。垂直轉(zhuǎn)運(yùn)的火箭只需要組裝完成后進(jìn)行一次全面測(cè)試，其發(fā)射前的測(cè)試可以大大簡(jiǎn)化。水平組裝雖然方便，但火箭橫向上容易出現(xiàn)受力不平衡的問(wèn)題，而且完成轉(zhuǎn)運(yùn)后在發(fā)射工位有一個(gè)起豎過(guò)程，火箭從水平承力轉(zhuǎn)為垂直承力，整體受力狀態(tài)的變化會(huì)影響火箭的狀態(tài)。水平組裝完成后的測(cè)試再全面和完善，起豎后也要再進(jìn)行大量測(cè)試，檢查起豎前后火箭狀態(tài)的變化。

為提高火箭運(yùn)載能力，科研人員都追求極限降低結(jié)構(gòu)重量，本來(lái)考慮火箭在飛行時(shí)的縱向承力需求就很頭疼了，如果采用水平轉(zhuǎn)運(yùn)方式，還必須考慮加強(qiáng)橫向強(qiáng)度，同等技術(shù)水平下結(jié)構(gòu)重量有增無(wú)減，運(yùn)載能力就要打個(gè)折扣。

更重要的是，精密嬌貴的衛(wèi)星對(duì)放置狀態(tài)極為敏感，有些衛(wèi)星帶有超大的輕質(zhì)折疊天線(xiàn)，根本不許改變放置姿態(tài)，星箭合攏完成組裝后，就只能采用垂直轉(zhuǎn)運(yùn)方式，最大限度地保持衛(wèi)星狀態(tài)不發(fā)生變化。總之，雖然垂直轉(zhuǎn)運(yùn)需要配套垂直組裝，而垂直總裝大樓的建筑成本也較高，但垂直轉(zhuǎn)運(yùn)最大限度保證了火箭和衛(wèi)星的狀態(tài)不變，提高了火箭和衛(wèi)星的可靠性。

未來(lái)火箭轉(zhuǎn)運(yùn)方式多

水平轉(zhuǎn)運(yùn)省錢(qián)，垂直轉(zhuǎn)運(yùn)可靠，有沒(méi)有什么辦法融合兩者的優(yōu)點(diǎn)呢？美國(guó)航天已經(jīng)做了一些創(chuàng)新嘗試。美國(guó)的德?tīng)査蘒V火箭雖然是水平轉(zhuǎn)運(yùn)，但看轉(zhuǎn)運(yùn)照片就知道，它和俄羅斯的“聯(lián)盟號(hào)”等火箭的水平轉(zhuǎn)運(yùn)是大不相同的：水平轉(zhuǎn)運(yùn)的德?tīng)査蘒V火箭并不完整，只有“無(wú)頭”的火箭第一級(jí)和第二級(jí)，它的整流罩/有效載荷組合體是等“無(wú)頭”火箭運(yùn)抵發(fā)射區(qū)起豎后，才用垂直吊裝方式和推進(jìn)級(jí)對(duì)接，這種混合模式既有水平組裝費(fèi)用低，又有載荷垂直組裝狀態(tài)不變的優(yōu)勢(shì)，可能會(huì)成為未來(lái)的發(fā)展方向?，F(xiàn)在美國(guó)獵鷹重型火箭為發(fā)射高價(jià)值的軍用衛(wèi)星，正在建造巨大的垂直總裝塔，實(shí)現(xiàn)大型精密軍用衛(wèi)星的垂直總裝。

無(wú)論是“三平”還是“三垂”，都是上世紀(jì)誕生的火箭測(cè)發(fā)模式，隨著可重復(fù)使用航天運(yùn)載器的發(fā)展，未來(lái)火箭可能不再需要轉(zhuǎn)運(yùn)。美國(guó)在上世紀(jì)90年代曾計(jì)劃研制三角快帆復(fù)用航天器，這是一種垂直發(fā)射垂直返回的單級(jí)入軌火箭，它從設(shè)計(jì)概念上就沒(méi)有組裝和轉(zhuǎn)運(yùn)的問(wèn)題。

當(dāng)然，“三角快帆”的驗(yàn)證機(jī)DC-X都半途而廢，后續(xù)研發(fā)更是無(wú)疾而終，但它畢竟指出了一個(gè)前途無(wú)限的路線(xiàn)?，F(xiàn)在，SpaceX公司正在研制“星艦”運(yùn)輸系統(tǒng)，作為一種二級(jí)入軌完全重復(fù)使用的火箭，它的第一級(jí)“超重”和第二級(jí)“星艦”都將火箭精確反推降落，懸停到發(fā)射塔架附近，并由發(fā)射塔架上的機(jī)械臂Mechazilla夾住回收?！俺亍焙汀靶桥灐睂⒔柚鶰echazilla機(jī)械臂，直接在發(fā)射塔架上垂直組裝。換句話(huà)說(shuō)，雖然“星艦”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更復(fù)雜，但它同樣沒(méi)有轉(zhuǎn)運(yùn)的問(wèn)題，未來(lái)火箭取消轉(zhuǎn)運(yùn)，或許是大勢(shì)所趨。（作者：張雪松）

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