来源：航天标准化
摘 要：商业航天的发展使得现有的陆上发射场难以满足日益增长的发射需求。海上发射不仅能够作为陆上发射的补充，而且相比陆上发射，更具有灵活性强、发射经济性优、安全性高等特点。目前海上发射在标准化建设方面存在欠缺，陆上发射的很多标准不能够直接用于指导海上发射，需要建设由5个一级分支（基础与管理标准、海上发射场与维护标准、运输与总装测试标准、发射支持与飞行控制标准、环境保障标准）构建的海上发射标准体系，并针对海上发射的全过程以及全产品系统梳理国内外关于火箭发射的现有标准，细化标准体系，制定相应的标准。
关键词：海上发射 火箭发射 发射标准 标准体系 商业航天
作者：张放歌 泉浩芳 吴永亮 刘栋梁 林海波
作者单位：中国航天标准化研究所
引言
在市场经济发展的今天，航天产业在国家经济发展以及不断增强的太空经济活动的需求下，重要性日益增加。商业航天能够充分发挥民营效率优势，加快构建上下游产业供应链体系，整合现有技术，降低航天发射的成本，从而带动整个航天行业的发展。从国外商业航天的发展经验和结果来看，发展商业航天具有非常重要的现实意义。我国出台了一系列鼓励商业航天发展的政策，党的二十大报告作出了加快航天强国建设的决策部署，国家进一步明确商业航天在航天强国建设中的地位和作用。
随着我国商业航天事业的不断发展，各个商业航天公司的发射需求越来越大，传统陆上的航天发射场发射资源日趋紧张。且陆上发射场大多远离主要城市，发射工位数量十分有限，发射效率难以满足爆发式增加的发射需求。
海上发射相比陆上发射，具有便利、经济、灵活、安全等优点[1]，能够助力满足商业航天发射需求。然而在标准方面，虽然海上发射与陆上发射有很多的共同点，但由于海洋环境的特殊性和复杂性，海上发射面临着很多新问题。海上环境复杂，相比陆地环境，海上发射需要考虑气象海洋环境的影响，发射窗口的选择需要充分考虑海上波浪、风力、温度、降水的变化，也需要充分考虑热带气旋、雷暴、大雾等气象因素的影响；而运载火箭的运输和测试需要考虑浪高、洋流流速、水深等因素的影响。恶劣的环境会影响海上发射和测试的稳定性和可靠性。海上发射平台的载荷有限，仅能发射小型火箭和固体燃料火箭，不能发射大型火箭。海上发射平台对安全性的要求更高，安全设备的布置受到空间的限制，这对平台设施、设备安全、人员操作安全提出了更高的要求。因此，陆上发射相关标准不能直接用于指导海上发射，目前迫切需要构建基于标准、基于市场化规则的海上发射能力和保障体系，以实现海上发射活动的规范化、市场化、商业化。
针对以上问题，学者们积极进行了相关的研究。林晨等人[2]对黄海历年的波浪、风场、温度场、降水场等数据进行了详细分析，给出了黄海海域气象和海况变化规律，可用于指导海上发射的气象海况预报工作。冯会方等人[3]针对海上发射火箭的起竖，研究设计了一种新型起竖装置，可以满足大型火箭在海上发射平台起竖的要求。杨晓杰[4]基于海上发射的需求，开展了海上火箭运输及发射船的优化设计研究，分析了降低发射船造价成本和提升耐风浪能力的方法。牛向华等人[5]针对海上发射的气象保障问题，提出了面向海上发射任务的气象海洋无人观测系统，并提出了关于海上发射气象保障任务的建议。综上所述，海上发射相关保障问题是目前学者研究的焦点之一。
1 海上发射基本情况
海上发射相比陆上发射，具有灵活性强、发射经济性优、安全性高等特点。
灵活性强。海上发射可以根据卫星需求灵活选择发射点位，适合多种发射任务。目前我国陆地发射场仅开放部分资源用于商业发射，缺乏足够的工位、档期去满足商业星座大规模组网需求。海上发射的发射流程更为简便，可以快速提高发射效率和频次。
经济性优。海上平台具有机动性，未来可驶入大洋，降低纬度到赤道附近，可以节省很多燃料，提高火箭的有效载荷，或降低卫星变轨要求，延长使用寿命，还可大幅降低发射场基建成本、运输成本、回收成本。通常，同型号火箭海上发射成本低于陆上发射成本。
安全性高。海上发射将航区、落区选择在无人海区，海上发射所产生的残骸可以直接落入海中，避免对人群正常生产生活的影响，很大程度上解决了安全问题。
从长期发展角度，海上发射会是运载火箭技术未来发展的重要方向，目前正受到越来越多国家的重视。
国外早在1995年就开始了海上商业发射的研究和布局。1995年，美国、俄罗斯、乌克兰、挪威共同成立了海上发射公司，该公司于2014年暂停发射服务，截至此时，共进行了36次商业海上发射，其中完全成功34次，完全成功率高达94.4%[6]。海上发射公司在进行发射前，将天顶-3SL液体运载火箭的发射架和箭体以及有效载荷在加利福尼亚州长滩港口的装配指挥船上完成装配，并使用运输-指挥船运输到“奥德赛号”移动式海上发射平台，在赤道附近水域的发射点位完成海上发射。目前美国SpaceX公司也正在积极布局海上发射与回收，2016年，SpaceX公司在大西洋上成功完成了猎鹰9号一级火箭的回收，实现世界首次海上火箭回收，极大提升了发射的经济效益。
截至2024年10月，我国共成功完成了13次海上火箭发射任务，火箭型号包括长征十一号运载火箭、捷龙三号火箭、引力一号火箭等。发射火箭均为固体火箭。发射情况统计见表1。
表1 我国海上发射情况统计
根据发射情况统计可以看到，我国在固体运载火箭海上发射技术领域已经具有了一定的技术积累。
2 国内外海上发射相关标准现状
我国和国外相关航天协会目前已经在火箭、卫星、发射等方面制订和发布了一系列标准，这些标准适用于传统航天的卫星、火箭制造、发射等活动。但由于海上发射与陆上发射的不同，很多标准并不能直接用于指导海上火箭发射。
2.1 国外标准现状
目前国外尚没有针对海上发射专门制定的标准。欧洲航天标准化合作组织（ECSS）、美国国家航空航天局（NASA）、国际标准化组织（ISO）制定的与航天发射相关的标准[7]，经过整理汇总见表2。
表2 国外现有火箭发射相关标准情况
NASA和ECSS没有关于运载发射的标准分类，但有发射地面保障、后勤保障相关的标准，尚未构成相关标准体系。ISO关于航天器运载发射的标准数量相对更多，包含了发射场建设、发射地面保障、接口要求、测试试验、合练等多项内容，但均为陆地发射标准，不包含海上发射内容。
海上发射公司曾经发表名为《海上发射用户指南》（Sea launch user’s guide）的技术文件，其中对海上发射全过程的火箭性能、流程、安全要求、装船要求等内容进行了详细描述，且附有技术指标。
《海上发射用户指南》的制定目的是为了向相关单位介绍海上发射的系统组成、发射流程、发射能力等，其具体包括以下内容。
（1）概况：包括公司概况、发射流程介绍、火箭概况介绍、发射船概况介绍、发射点位介绍等内容。
（2）火箭详细介绍：包括火箭性能、整流罩性能、火箭发射任务具体指标等内容。
（3）组织结构介绍：包括海上发射任务的管理组织结构、发射计划的制定流程等要求。
（4）环境介绍：包括运输环境、压力、电磁环境等内容；规定了控制船和发射平台的晃动幅度和速度要求。
（5）火箭总装试验介绍：介绍了火箭总装与试验的要求。
（6）发射全过程介绍：介绍了火箭总装完毕后运输到发射点位的全过程。
海上发射公司所采用的运载火箭均为液体运载火箭，且具体装配流程中的装配工作在装配船上进行，与国内海上发射现状不同，其内容只能作为参考。
综上所述，国外发射相关标准无法满足我国海上发射的标准需求。
2.2 国内标准现状
目前国内与海上发射关联度较高的关于航天器设计及火箭发射的国家标准及团体标准数量共有23项，经过分类和整理汇总见表3。
表3 国内现有航天器设计及火箭发射相关标准情况
这些标准覆盖了航天器与火箭的安全性要求、设计要求、贮存运输要求等方面。目前海上发射重点关注的标准主要包括航天器安全防护以及航天器和火箭的海上运输标准，以下对相关现有标准进行了具体分析。
GB/T 37833—2019《航天器安全防护通用要求》规定了航天器在总装、测试、试验及发射场工作阶段全程的安全防护要求，其内容包括环境要求、厂房设施要求、地面支持设备安全要求、人员安全要求等陆上发射全流程、全要素的安全要求。大部分内容可直接用于指导海上发射过程，但对于海上发射，缺乏发射船出航、作业以及发射船上设施安全要求等内容。
GB/T 42860—2023《运载火箭运输通用要求》规定了运载火箭铁路运输、公路运输、海上运输和垂直转运的技术要求，该标准要求火箭的海上运输为水平运输，与海上发射的实际要求不符。
GB/T 32301—2015《航天器包装、运输通用要求》规定了航天器整器或舱段的包装及公路运输、铁路运输、航空运输和水路运输要求，其内容包括包装容器要求、包装技术要求、包装状态检查与确认以及铁路运输、公路运输、航空运输、水路运输、发射场运输、运输过程的检查确认。而在海上发射中，火箭和航天器一般采用器箭整体安装的形式放置在发射船上，且经常采用垂直放置的形式，因此该标准无法指导发射船上装载的火箭及航天器的运输要求。
总体来看，国内关于航天器设计及火箭发射的相关标准普遍集中于陆上发射场，且主要集中于航天器标准，对于海上发射所关注的发射环境、发射点位选取、发射窗口确定等问题缺乏相应的标准，无法满足海上发射的实际需求。
3 海上发射标准需求分析
分析海上发射的标准需求，需要从实际需求出发，梳理海上发射的流程与陆上发射的不同之处，详见表4。
表4 海上发射流程与陆上发射不同之处
根据上述需求分析，并结合海上发射工程建设实际情况，研究分析得出海上发射目前最迫切的标准需求，详见表5。
表5 海上发射标准需求
4 建设海上发射标准体系的建议
海上发射覆盖很多产品和阶段，通过开展需求分析可以从三个维度来规划标准体系：①产品/系统维度；②时间/任务维度；③管理维度。从多个视角、多个方向统筹基础共性标准和专业技术标准，确保体系规划的完备性和合理性。确定标准体系涵盖海上发射的全过程、全产品，具体内容如图1所示。
图1 海上发射标准体系构建维度
根据上述需求分析，初步构建的海上发射标准体系框架划分为5个一级分支：基础与管理标准、海上发射场建设与维护标准、运输与总装测试标准、发射支持与飞行控制标准、环境保障标准；再结合实际需求，划分为23个二级分支，包含了海上发射的全过程（星箭进场、星箭总装测试、发射前准备、发射操作、评估与回收），全产品（卫星、火箭、船舶、发射平台、厂房/方舱、发射塔架、指挥系统、测控系统），具体内容如图2所示。
图2 海上发射标准体系
该标准体系第一分支为基础与管理标准，本分支主要包括基础标准、人员管理标准、质量管理标准和安全管控标准4个分支，相关内容见表6。
表6 基础与管理分支
第二分支为海上发射场与维护标准，共包括海上发射场总体标准、陆地厂房与设施标准、海上平台与船舶标准、发射支持系统标准、海上通讯系统标准、测控系统标准、运行维护标准等7个分支，相关内容见表7。
表7 海上发射场与维护分支
第三分支分为运输与总装测试标准，本分支分为贮存标准、运输转载标准、卫星总装测试标准和火箭总装测试标准。该分支中包括了卫星从出厂到发射前准备的全过程所涉及的贮运与测试的相关标准。
第四分支为发射支持与飞行控制标准，分为海上发射与飞控总体标准、燃料加注与配气标准、指挥控制标准、测控支持标准和结果评估标准。该分支涉及到海上发射中从准备到发射结果评估整个过程所需要涉及的全部标准。
第五分支为环境保障标准，本分支主要包括海况环境保障标准、气象环境保障标准、发射平台状态保障标准。该分支涉及到整个海上发射全流程所需要用到的与环境相关的保障标准。
5 结束语
本文从海上发射的实际情况出发，重点分析了海上发射的特点、标准现状、标准需求，并提出了标准体系建设的建议。由于科学技术的发展速度十分迅猛，海上发射的标准体系也需要随着技术的不断发展进行迭代和更新，在现有标准体系的基础上，还需继续提炼海上发射的标准化模式特点，更新细化标准框架，进一步完善标准需求和标准明细。
参考文献
［1］尚辉，张飞霆，邵旭东，等.中国航天实现首次海上发射—揭秘CZ－11海射型运载火箭及其发射服务应用［J］.国际太空，2019（6）：46－50.
［2］林晨，蔺而亮，刘旸，等.黄海气象海况对海上发射运载火箭的影响［J］.上海航天（中英文），2024（2）：20－27.
［3］冯会方，张剑，卢丙举，等.火箭海上发射起竖装置结构设计及强度校核［J］.舰船科学技术，2023，45（21）：39－43.
［4］杨晓杰.海上火箭运输及发射船的优化设计研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学：2023.
［5］牛向华，朱文会，孙秀军，等.面向海上发射任务的气象海洋无人观测系统设计与实现［J］.水下无人系统学报，2022，30（2）：245－253.
［6］黄长梅，吴小宁.俄罗斯“海上发射”系统发展分析［J］.国际太空，2020（10）：46－50.
［7］徐岩，卫巍，刘艳秋.商业火箭发射标准体系框架构建研究［J］.航天标准化，2022（3）：5－9.
来源：《航天标准化》期刊 2024年第4期
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