為什麼國外火箭發射架都很簡易?


顯然,問問題的朋友把「發射架」和火箭的組裝車間給弄混了。

拿長征五號舉例,那個看起來非常複雜的結構,實際上不是發射架,而是長征五號的組裝車間,在這個車間里,長征五號的各個部件最後被裝到一起、變成一個完整的火箭,然後再移動到發射架上、準備發射。

↑打開大門的組裝車間↑

而下圖中真正的發射架是非常簡單的,我們也可以對比土星五號的發射架還有剛剛舉世矚目的獵鷹重型火箭的發射架,基本上是一致的。而且發射架確實應該越簡單越好,因為發射架本身沒有太複雜的功能,如果造的太複雜、一不小心發射失敗把發射架搞壞了豈不是很麻煩?

↑長征七號和長征五號的發射架↑

↑土星五號火箭的發射架↑

↑獵鷹重型火箭的發射架↑

什麼是組裝車間?

簡單來說,火箭不可能是整個造出來的,而是由不同的零件組成,最後需要整個拼到一起,組裝車間就是干這個活兒的。而且因為火箭本身是個龐然大物,所以自然組裝車間也只會大不會小。

而且我們可以看到這個組裝的過程還是很科學的,一層一層的,像腳手架一樣逐漸搭上去的,可以最大保證安裝的效率還有安全。

↑火箭組裝過程↑

↑組裝中的土星五號↑

↑龐大的土星五號總裝車間↑

可是我就是看到長征號從特別複雜的發射架上發射出去呀!

我想很多人可能看到的是下面這個場景:

↑長征二號還有早期的發射架↑

確實,這個發射架是非常複雜的,但是我上面的話依然沒有說錯,為什麼呢?因為上面這個圖裡面複雜的結構即是一個發射架、又是一個組裝車間。

因為當時中國在航天事業上的投入不能支撐單獨造一個發射架還有組裝車間外加其間的轉移機構,所以就折中了一下,用的這種發射架+組裝車間一體的結構,發射的時候把組裝車間給開蓋子一樣打開就好了。這樣確實省錢了,但是卻有一個致命的缺點,就是發射的時候所有的人和設備都要撤離組裝車間,這樣一來一回發射的效率就會很低。

後來中國航天有錢了,就把發射架和組裝車間分開了。比如說下面這幅圖,就是長征二號火箭在向發射架轉移,遠處的就是組裝車間。

↑長征二號在轉移↑

而國力強盛的美國,很早開始就採用了這種形式的組裝+發射形式,比如說下面這幅圖的土星五號的轉移。

↑土星五號的轉移↑

另外,不同大小的火箭,需要的發射架也是不一樣的。

其實不同大小、不同功能的火箭,需要的發射架的大小也是千差萬別的,有些快速火箭,甚至於連發射架都不要,直接一輛發射車拖到合適的地點,跟打導彈似的,直接發射就好了。

↑中國的快速機動火箭↑

所以說,火箭發射架都是很簡易的,只是中國有一段時間採用了發射架+組裝車間一體的結構,所以顯得比較複雜,後來這種結構因為效率太低被放棄了。


這個我還真做過功課,各國火箭發射塔的區別,主要來自各自火箭裝配流程的不同。以下我會撿幾種具有代表性的來做說明

先說發射塔的用途。發射塔主要用來為發射台上的火箭通過臍帶進行燃料加註的補充,提供和地面的有線通信介面,以及進行物理約束。同時也提供人員登上的路徑,以便在發射台上為火箭做最後的檢測或者送上航天員。

美國人是將運載火箭在一個垂直裝配大樓里將火箭預先裝配成豎起的形式,然後通過火車軌道或者專用的運輸車垂直運輸到發射台上(或者乾脆讓垂直裝配大樓變成移動式的)。如此一來,發射架只需要提供最基礎的服務就可以了。對於美國來說,火箭發射架具有這些功能就足夠了。因此可以設計得很簡單。有的時候簡單得只是一根杆子。

美國德爾塔火箭

蘇俄的運載火箭都是在普通的廠房裡水平裝配好,然後用火車拖到發射台上。用液壓設備將運載火箭立上發射台。所以蘇俄的火箭發射塔上會額外多出來一個巨大的液壓臂

由火車拖往發射台的聯盟運載火箭。頭部安裝的是聯盟TMA-13飛船。

位於哈薩克境內的拜科努爾航天發射場

採用這種方式的好處是水平裝配的成本比使用垂直裝配大樓要低很多,而且節省時間,甚至可以同時在一個廠房裡裝配兩隻火箭。若需要高頻率發射火箭的話,水平裝配無論時間成本還是經濟成本都會低很多。所以一些西方國家也開始嘗試使用水平裝配+起豎的設計。比如SpaceX的Falcon 9。

中國早期因為技術無力支持水平組裝,也沒法造垂直裝配大樓,所以勤務塔只同時承擔著火箭裝配、調試、加註燃料和發射的任務。功能非常複雜。勤務塔一般會在塔頂提供一個塔吊,以吊裝火箭。同時,哪怕是發射非常簡單的火箭,塔上也會有若干非常巨大的活動平台,以提供固定火箭、人員和設備的行走空間,這樣必然會造發射成效率降低的後果。

不過這樣的設計也並非全無益處,我國的發射塔一直有一個特點,就是多功能,包括吊裝、固定、加註、檢測、保護、航天員安全措施等等。而其它國家的發射塔架的功能就比較少或者比較單一。就目前我國在役的液體運載火箭而言,長征六號的發射工位是最簡化的了,最明顯也就看到了起豎裝置而已。

長征六號起豎裝置

其實國外的航天發燒友還有不少人羨慕我們的固定勤務塔,認為可靠性高,可以隨時中斷髮射,補加和泄燃料方便。不像移動勤務塔,可靠性低,一但中斷髮射時間過長,還要把火箭移回組裝房去,對火箭的狀態影響太大,不能重新恢復到發射狀態。長征系列是發射成功率最高的火箭,原因之一就在於那些看似多餘的安全措施

而現在隨著技術的進步,以及經濟的發展,我們現在也開始使用垂直裝配,垂直轉運的路線

長征七號垂直轉運以及身後的垂直裝配車間

照功能設計,發射塔分很多種。但總的規律是,固體火箭發射塔細小或沒有,液體火箭發射塔高而粗。不載人火箭的發射塔細小或沒有,運載載人飛船的火箭發射塔高而粗。

美國的戰神火箭是個例外,雖說它的第一級是固體發動機而且不載人,但它過於細長,需要足夠強度的固定,所以它的發射塔也很粗。

戰神1-X火箭停放在39B發射台上準備發射

除了常規的地面發射方式之外,還有空中發射、海上移動平台、海上固定平台、水下發射、太空梭在軌發射、井下發射等發射方式

飛馬座火箭。OSC(美國軌道科學公司)研製的空射型運載火箭,用運輸機駝到天上扔下來點亮固體火箭然後打上軌道,近地軌道酬載大概三四百KG左右

海上發射公司(Sea Launch)的海上發射平台+指揮船

義大利的聖馬克發射場,由固定鑽井平台改裝,目前已不再進行發射活動

俄毛子把R-29RM潛射導彈改裝了一下命名為「無風-1」型(其實就是把彈頭換成有效載荷,另外安裝了相應的導航設備和軟體)

用德爾塔IV戰略彈道導彈核潛艇發射

有在軌釋放的,比如哈勃,也有通過太空梭發射的,比如美國伽利略號木星探測器,雖然後來高增益天線出故障被卡住。

第聶伯運載火箭,其實就是裁減的「撒旦」洲際彈道導彈改吧改吧就成了火箭,連發射方式都沒變


火箭發射架(塔)的區別,主要是因為各自火箭裝配流程的不同。

發射塔是用來為發射台上的火箭加註燃料,提供通信介面、工作人員上下火箭,以及進行固定的工具。當然還有一個重要功能就是方便進行火箭發射前的檢測和航天員進入。

美國的火箭發射一般是先在一個垂直裝配大樓里將火箭預先裝配成豎起的形式,然後通過火車軌道或者專用的運輸車垂直運輸到發射台上。甚至是建造一棟移動的裝配大樓,如此一來,他們的火箭發射架只需要提供最基礎的功能就行。因此變得簡單。有時簡單得只是一根杆子。

而俄羅斯火箭從來不使用垂直裝配大樓。他們的運載火箭選擇在普通的廠房裡水平裝配好,然後用火車運到發射台上。到了發射台後使用液壓設備將火箭由水平豎起。因此俄羅斯的火箭發射塔上會有一個巨大的液壓臂。而液壓臂具備一些普通發射塔的功能。如此一來,火箭發射塔也可能就被設計得非常簡單。


說實話,火箭的老祖宗就是德國的V2超音速彈道導彈,在第二次世界大戰時期發明的,1936年開始研製,1944年首次向巴黎發射。兩天後開始襲擊英國,共發射1千3百多枚。比利時幾乎遭受同樣沉重的打擊。V-2火箭長47英尺,起飛重量2.8至2.9萬磅,可產生約6萬磅推力。推進劑是酒精和液氧,射程200英里。

看看它的發射架吧。其他火箭的發射架都是它的變形。


對於樓上的解釋,上圖打臉!

↓↓↓↓↓↓長征七號↓↓↓↓↓↓


美國和俄羅斯的轉運發射各自代表了兩種不同派系的最高成就.俄羅斯是典型的水平組裝各個部件,然後水平轉運火箭,就是你所為的火車,不是蒸汽火車,而是內燃機車牽引的.然後才是從水平到垂直的起豎關鍵階段,根本不是你想像的那樣容易,發射質量近3000噸的能源號火箭,必須緩慢而又小心的起豎,然後重新進行系統檢測,目前技術和經驗上最成熟的也就是俄羅斯.

美國是典型的三垂模式,火箭就是在肯尼迪航天中心的卡納維拉爾角的發射場內進行垂直組裝的,為此NASA建造了136米內部凈高的超級組裝大樓,滿足一切嚴苛的外部環境風險,比如颶風,和內部組裝要求,比如潔凈,恆溫恆濕等,然後才能組裝110米高的土星5號火箭.把這個大傢伙垂直組裝起來再轉移到發射台必須要動用專門設計的獨一無二的爬行者運輸車,把組裝完畢的龐然大物小心地運到發射台.整個過程的要求都很高.目前也只有美國在技術和經驗上最成熟.

簡單說美國和俄羅斯的模式各有優劣,但是都最適合自己,並且也最能滿足兩國的巨型火箭和航天器的發射.其它國家一來技術差距較大,二來也沒有如此變態的龐然大物需要發射,相應地可以選擇一些簡單的技術方案.你看到的就是我們的其中一種而已,也是世界各國廣泛採用的.你看到的其實是包含了運載火箭的整個工作台,等完成了所有的組裝測試工作後就會打開,看到裡面的火箭,然後移走,就留下矗立的火箭和簡單的發射台.


這就得從中國早期的航天說起了,由於中國航天開始的較早,當時中國的配套工業還很落後,導致中國缺少垂直轉運車,也沒有水平組裝火箭的能力。所以不能像美俄那樣在一個專門的高塔式建築里組裝之後再通過大型平板車轉運,但中國人另闢蹊徑弄出了組裝和發射一體的勤務樓,雖然如今中國的垂直轉運和水平組裝已經不再是問題,但是勤務樓還是因其可靠性高,可以隨時中斷髮射,補加和泄出燃料方便等優點被保留了下來,如今還有不少外國航天迷非常羨慕我們的勤務塔呢。


運載

火箭發射

架各個國家都不一樣,但是其目的都是為了發射運載火箭,各個國家想把它建造成什麼樣就可以建成什麼樣。

再有,運載火箭一般都比較大,不可能採取傾斜發射的形式。

首先,美國的發射架不比我們簡單,基本是差不多的,你肯定是把我們的勤務塔和美國的發射架比較了.其次,我們的火箭直徑比較小,基本都是3.25米,原因是鐵路運輸的寬度限制.美國的火箭對此不敏感,運輸不成問題,比如美國當地時間11月25日發射好奇號火星車的宇宙神5火箭,直徑是3.81米.加上美國的火箭發動機比我們的強大很多,現在都是2級就能近地軌道,我們的一些運載火箭還是三級入近地軌道,因此看上去我們的火箭要細長很多.


火箭發射架是很複雜的建築,基本上我們國家的發射塔都是魯班獎。外國的也複雜,平台呀抱臂呀塔基呀運輸鐵路排火溝很複雜很複雜,火箭這玩意是零部件很多,技術要求又高,可靠性要求也高,通過管理不停的搞複查才能打到發射要求,確保零部件,單機,系統都工作正常,為了安裝,複查,測試,加註所設計的發射塔必然更為複雜。如果你看到的簡單的發射塔架,比如不能承擔很高要求的發射任務。而且,發射塔的維護周期也很長。


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