火箭发射塔架,火箭发射前,是怎样直立在塔架上的?


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元旦小小假很多人都选择借此机会外出转转,在旅途中有时我们需要用手机来导航找个饭馆、厕所什么的,前提是要打开定位功能,而手机室外定位主要依靠的就是手机内置的卫星定位芯片功能来实现的。那发射一颗导航卫星但太空需要那些么?卫星和火箭又是如何拼装在一起的呢?



正常来说卫星制造、检测成功后,首先会运到火箭发射中心组装厂房中。在卫星制造前需要对卫星平台灯各个零部件的震动频率掌握清楚,其次再和配套的火箭震动频率相对比,只有保持二者震动频率一致才具备发射资格之一,在组装厂房内新制造的火箭箭体将在这里和所发射的卫星组合在一起。


从目前全世界大多数火箭的发射方式来看,主要分为“三平一竖”和“三垂一远”两种发射模式。首先来说这个“三平一竖”,简单来说就是指水平组装、水平测试、水平转运、垂直起竖这四个过程。这种发射模式最大的优点就是对场地环境的要求低和能够提高发射机动性。比如这几年最火的SpaceX发射猎鹰9火箭时,火箭在加州的厂房制造检测完成后,通过运输车辆转运到东海岸的卡角或者西海岸的范登堡基地,在发射中心的总装厂房内再与所发射的航天器水平组装在一起,经过检测后后由拖车转运到发射工位上,借助拖车上的液压设备将火箭起竖伫立在发射工位上,最后完成燃料加注等任务后完成火箭发射工作。


这种“三平一竖”的发射模式最大的优点就是成本低很多,首先由于是水平装配,所以装配厂房不需要建造的很高只要场地够大就行,其次可以提前分段组装以节省装配时间,甚至可以在同一厂房内同时组装多枚火箭,比较适合高频率的发射任务。所以无论是从组装时间成本还是经济成本来说都会低很多,火箭完成组装、检测后,通过拖车水平转运到发射工位再起竖发射出去就可以了,同时也减少了转运和发射工位的时间成本,所以这种“三平一竖”的发射模式被越来越多的火箭所采用,甚至成为了很多固体火箭发射的标配模式。


但是这种“三平一竖”的发射模式也有很大的缺点,就是不能发射质量过大的重型火箭,主要是因为随着火箭质量的不断增大,对于将火箭箭体由水平转为垂直模式的液压系统和台架有很高的技术和成本要求,比如前苏联当年太空争霸期间研制的N1火箭就采用的这种发射模式,要知道N1火箭可是一枚体重将近3000吨的超重型火箭,所以其起竖用的液压筒架体型比房子还大,工作人员站在外筒上都是比较小可以忽略的,可见这种超级机械光是在技术上就有多难,更别说定制化的成本了。而且在起竖过程中很容易出现插头松动、控制火箭飞行姿态的陀螺仪失灵、连接件变形等不易察觉的问题,而这些问题会大幅降低火箭的可靠性甚至导致火箭发射失败。所以只适合一些对可靠性要求不是很高的火箭,最后一点就是发射效率不高,因为考虑到起竖的过程对箭体结构强度的考虑,但是加强箭体结构也就意味着火箭的空重比较大。


另外一种就是“三垂一远”发射模式了,所谓的三垂一远发射模式主要有垂直组装、垂直检测、垂直转运、远距离发射这四个过程,首先这种发射模式最大的优点就是火箭从组装到发射其姿态是不发生改变的,所以对于火箭的可靠性是有很大帮助的,其次不管是轻型火箭还是超重型火箭组装模式都是从下到上逐级进行的。由于从一开始的组装阶段就是垂直状态,所以转运到发射工位期间火箭姿态并不需要发生改变,所以就不用在建造成本和研发技术上巨大投入的液压系统。比如像我国的的长征系列火箭从一开始就是这种发射模式,因为从组装到发射火箭姿态都不曾发生改变,在检测阶段的数据也更为准确,所以可靠性也是全球所有火箭中最高的。但是垂直组装、检测、转运对环境要求很高,因为要建造一座更为复杂的垂直总装厂房和转运车,所以成本很高是其最大缺点。还有就是受限于组装模式,一次只能组装一枚火箭,组装时间较长。



总结一下就是“三平一竖”的发射模式优点是技术简单、成本低,缺点就是对于载荷的保护性不高,比如SpaceX在发射民用卫星时一般都会采用“三平一竖”的发射模式,这样可以降低发射成本,对于取得发射订单更有帮助。但是在发射军用卫星的时候则会使用“三垂一远”的发射模式,毕竟军用卫星一颗的成本比金子还贵。所以三平一竖的发射模式比较适合发射民用卫星和非载人航天器等。而“三垂一远”的发射模式虽然在时间和经济成本上并不占优势,但是胜在可靠性和对火箭体型的扩容度上。所以不管是航天飞机、土星五号还是长征2F等火箭都是采用的“三垂一远”的发射模式。俄罗斯继承的苏联的联盟火箭从一开始就是由R7洲际导弹改的,所以也就继承了导弹这种从一开始就组装好,发射前只需要起竖的模式。这两种发射模式各有利弊,很难说哪种发射模式才是最好的,因为二者相对不同发射工况都有其优缺点存在。

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