历史回顾:中国航天商业发射为什么搞不起来?

2017-07-25 08:42 测控要闻   来源:新浪综合

导读2017年7月2日19时23分,在海南文昌航天发射场发射的长征五号遥二火箭升空后飞行出现异常,发射任务失利。  

6月26日在海南文昌航天发射场拍摄的长征五号遥二火箭。来源:新华社

编者按:

2017年7月2日19时23分,在海南文昌航天发射场发射的长征五号遥二火箭升空后飞行出现异常,发射任务失利。

在中国航天事业蓬勃发展、近年来火箭发射保持很高成功率的情况下,7月2日长征五号遥二火箭的发射失利,多少令民众颇感意外。在此之前的2017年6月19日,长征三号乙运载火箭搭载“中星9A”广播电视直播卫星升空后,卫星未能进入预定轨道。这是1996年以来我国第二次在一年内两次火箭发射失利,更是1974年来首次连续两次发射失利。有关人士估计,这次发射失败将对近期中国航天产生一定影响,出于对确保运载火箭发射稳定性的谨慎考虑,或可推迟探月三期工程和未来中国空间站的建设进程。

鲜为人知的是,中国航天在20世纪八九十年代曾历尽艰辛,通过深刻的自我反思和管理体制改革,促进技术进步,推动我国长征系列运载火箭成功打入了国际商业发射市场,显著提高了我国在航天商业领域的国际声誉,但也因各种复杂原因而一度受挫,不得不另寻它路,最终浴火重生。

撰文 | 张志会(中科院自然科学史研究所副研究员)

责编 | 鞠 强(《知识分子》特约编辑)

迄今为止,中美两国虽在航天科学领域内一直未有实质性的合作,但在技术领域内,却曾经因为在低轨道商业发射上的合作而有过近10年的密切接触。中国长征系列火箭多次为美国或澳大利亚等国发射美国制造的卫星,中国也一度成为国际商业发射市场上一支不可忽视的新兴力量。遗憾的是,1999年之后,受政治、经济等各种复杂因素的影响,中美两国间的航天商业发射合作完全终止。进入21世纪以后,中国参与国际商业发射合作也一直在艰难前行。

01

中美航天合作的历史契机

20世纪70年代末到80年代,全球处于冷战高峰期,中美在共同反对苏联的基础上产生了共同的安全需要,两国在武器装备等高技术领域内开展了大量合作。20世纪70年代,中国开始尝试与美国就卫星的购买、制造和使用进行合作。

1979年邓小平访美时,特意去美国航空航天博物馆参观。中美邦交正常化后,两国航天科技交流逐渐频繁。1979年11月1日至17日,美国航空与宇航学会代表团一行19人访问中国,在通讯卫星、地球资源卫星和气象卫星在内的应用卫星领域与中方代表中国宇航学会进行交流,同时也探讨了系统、工程、运载火箭和通用航天技术等相关问题。美方回请中国,邀其在1980年下半年访美。由于财政因素,中国后期放弃了从美国购买卫星的计划,但美国曾向中国提供一台卫星地面台站,中国也曾使用美国卫星图片用于勘探自然资源。

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中国航天商业发射迎来机遇

20世纪80年代是中美关系全面缓和的时期,中国航天也因为一系列意外事件的发生而迎来了自身发展的一个历史机遇期。1986年1月28日,美国“挑战者号”航天飞机失事。美国政府随即进行了大规模的事故调查,并于1988年通过了一项法案,宣布航天飞机暂时退出商业发射市场,要求政府购买商业运输服务。由于80年代初美国着力发展可重复使用的航天飞机,大幅度削减一次性火箭的研发费用,导致美国国内一次性火箭一时无法跟上发射的需要。同时,美国的“大力神”火箭、“德尔塔”火箭和欧洲的“阿里安”火箭都出现了发射失败的情况,那时苏联的火箭还未进入国际市场,因此在世界范围内出现了各国用户“排队”等待运载火箭发射卫星的局面。中国航天界敏锐地认识到这是长征火箭进入国际市场的一个机遇。

1986年,中国商业发射服务代表团到美国宣讲中国火箭。同年,中央批准长征火箭参与国际商业发射。与当时市场上同类产品相比,中国火箭发射价格比市场价格约低30%-40%。长征火箭发射成功率较高,也容易赢得用户的信任。

为了充分适应国际商业发射服务的要求,中国航天还采取了一系列措施:包括调整组织结构,由中国长城工业总公司作为国际商业发射服务总承包商,与中国运载火箭技术研究院及中国卫星发射测控系统部一起承担商业发射服务;针对国际卫星发射市场需求定向研制一款新型运载火箭“长征二号E”,并在研制过程中根据外方提出的新要求不断进行改进等。

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中美达成航天商业发射协议

但是,在如此巨大的机遇下,中国也面临着来自美国、欧洲空间工业界的严峻挑战。法国和西德政府拥有阿里安空间公司的主要股份,因此极力阻止美国使用得到大量补贴的中国运载火箭把西方卫星发射入轨的任何议案。阿里安空间公司及三家美国公司——马丁·马丽埃塔公司、麦道公司和通用动力公司的管理层游说美国和西欧国家政府, 以支持下达禁止卫星进入中国的命令。

1987年8月,中国首次为外国公司提供了发射搭载服务,初步证明了自己的发射实力。1988年6 月28日,澳大利亚卫星公司与休斯国际通信公司(美国休斯公司子公司)签订了价值3亿8000万美元的合同,美国为澳大利亚制造、发射2颗第二代通信卫星澳普图斯-B1(澳星B1)和澳普图斯-B2(澳星B2),提供保险并送到预定轨道。同年6月17日,中国还与驻地在香港的亚洲卫星通信公司签订了在1989年年底发射美国制造卫星的协议。

美国政府对高技术出口实施严格管制。为了拿到卫星出口许可证,在美国里根政府的要求下,1988年12月7日,为确保美制卫星的安全,中美两国签署了有关卫星发射服务的三份备忘录——《中美政府关于商业发射服务国际贸易协议的备忘录》、《关于卫星技术安全的协议备忘录》和《中美卫星发射责任协议备忘录》,标志着中国长征系列火箭正式拿到进入国际发射市场的“通行证”。其中的《关于卫星技术安全的协议备忘录》对保护美制卫星在中国发射时的技术安全,做了严格得近乎苛刻的规定。在这些规定的约束下,中方人员没有任何单独机会接触美方制造的卫星。在中美签署上述三项备忘录后,美国同意休斯公司向中国颁发卫星出口许可证的申请,允许中国长征火箭发射休斯公司制造的3颗通信卫星。

04

三次重大发射事故及影响

澳星

1990年4月,“长征三号”成功发射了美国休斯公司制造的“亚洲一号”通讯卫星,实施了第一次国际商业发射服务,标志着中国火箭成功打入国际市场。从发射国产卫星到发射国际商业卫星,从计划经济下的国内试验轨道到市场经济下的国际商业轨道,这在中国火箭发展史上具有里程碑的意义。

1992年,中央提出国家将由计划经济体制转向市场经济体制,中国改革开放进入新时期。此后,“长征二号E”捆绑式运载火箭在西昌基地3次发射“澳星”,结果2次发射成功,1次发射失败。

1992年3月22日,澳星B1发射升空。但由于火箭的技术故障,这次发射最终以失败告终。这次发射是我国首次在全国范围内对航天发射进行现场直播,国外媒体也进行了跟踪报道,因此发射失败对航天人的打击可想而知。

1992年8月14日,澳星B1再次发射并取得成功。随后,我国对“长征二号E”做了新的改进,提高了安全性和可靠性。但是,1992年12月21日,“长征二号E”搭载澳星B2升空后,澳星B2却发生了爆炸。此后,休斯空间通信公司、中国长城工业总公司和中国运载火箭技术研究院对事故原因进行了联合调查。经过中美双方7个月的合作,1993年8月14日,双方就澳星B2/“长征二号E”卫星发射任务的故障调查发布联合声明,一致认为火箭或整流罩在设计、制造和装配上没有导致此次故障的缺陷,卫星在设计和制造上也没有有导致此次故障的缺陷;双方同意结束澳星B2故障调查工作,并尽最大努力在1994年上半年发射另一颗澳普图斯卫星;同时双方将就进一步完善发射工作的细节和澳星B3发射的合同安排进行磋商。

亚太二号

1995年1月26日,长征二号捆绑式火箭(“长二捆”)在西昌发射场发射美国的“亚太二号”卫星。火箭刚一升空,突然横空爆炸,星箭俱毁。此次爆炸震惊了中国航天界和国际同行,甚至惊动了中央领导人。

长城公司和休斯公司经过调查认为,有两个可熊的故障原因:一是在冬季高空切变风条件下,卫星和上面级与运载火箭的特殊联接方式出现谐报,造成卫星局部结构破坏;二是在冬季高空切变风条件下,运载火箭整流罩的局部结构破坏。两家公司同时表示,将共同努力消除上述故障原因,并在发射前加强对高空切变风的监测。

此后,经过11个月的努力,“长二捆”运载火箭终于在西昌发射场成功发射了美国的“亚太二号”卫星。一个月后,“长二捆”运载火箭又成功发射了美国的“艾克斯达”通信卫星。

“708”

1996年2月15日,长征三号乙捆绑式火箭(“长三乙”)在西昌卫星发射场发射代号为“708”的国际通信卫星,该卫星是由美国研制生产的大容量通信卫星。“长三乙”是一枚基本定型的火箭,出于成本核算在发射前没有试发过一次。当下达“点火”命令后,火箭顺利腾空而起,但仅22秒后,火箭突然姿态失控,在距离发射塔架仅1850米处一头栽落下来,接着就是震耳欲聋的大爆炸。

由于这次发射的是国际通讯卫星,“2.15”星箭爆炸事故发生后,长征火箭的国际信誉急剧下降,中国在国际商业发射市场上四面楚歌。一方面,中国国际商业发射市场丢失严重,原来签订的合同被纷纷取消。例如,与中国合作长达6年的休斯公司立即停止了与中国的合作,转而与日本签订了卫星发射合同。另一方面,国际用户和国际保险界对中国长征火箭的信心被严重动摇,这给中国日后开拓国际商业发射市场带来了巨大的障碍。卫星及发射一揽子保险费率大幅上升,中国原有的价格优势也随着保费率提高而消失殆尽。

此后,长城公司克服各种困难,制定了行之有效的措施,努力提高火箭本身的可靠性。18个月后,“长三乙”再次发射并取得成功。

05

长征火箭商业发射日臻成熟

1993年4月,美国摩托罗拉公司与中国长城工业总公司签订了铱星发射服务合同。美国德尔它和俄罗斯质子号火箭也分别承揽了铱星系统的发射。按照合同要求,中国将发射22颗铱星上天。按照合同中发射铱星系统任务的需要,中国运载火箭技术研究院专门对技术成熟的长征二号丙火箭进行适应性改进,增加一个独立的固体上面级,形成“长二丙”改进型火箭。“长二丙”有效载荷为193280公斤,长度为40米,曾取得了14次低轨道发射100%成功的纪录。

1996年9月1日,“长二丙”改进型火箭首次发射成功。1996年12月8日,“长二丙”改进型火箭在太原卫星发射中心发射升空,成功地将美国摩托罗拉公司制造的两颗铱星送入预定轨道。1997年3月26日和5月2日该型号火箭在太原和西昌卫星发射中心又分别以“一箭双星”的方式将两颗“铱星”送入预定轨道。至此,中国圆满完成了为铱星系统组网发射6颗卫星的任务。

截至1997年9月,中国长征二号丙改装型号火箭(Long March 2C-SD)本应执行的11次铱星发射任务,已经执行了6次,但1999年铱星计划破产,原定的发射任务取消。这6次成功发射足以表明该型号火箭的技术性能和可靠性完全可以信赖,这种火箭也为我国提供了一种发射小卫星的新手段。截至2003年,“长征号”已实施71次发射,成功率高达91%,其中包括27颗外国商业卫星和4颗神舟飞船。

与此同时,中国也非常重视发展自身的卫星研制能力,拓展与欧洲宇航界和巴西、巴基斯坦等发展中国家的良好合作。中国积极利用外国技术和资金,与欧洲有关国家合作制造了“鑫诺一号”卫星。该卫星由长征三号乙火箭于1998年7月18日发射成功,成为第一颗由长征火箭发射的非美制的外国制造的卫星。从1988年开始,中国与巴西开始联合研制“资源一号”卫星,并于1999年10月14日由长征四号乙运载火箭成功发射升空,成为“发展中国家高科技合作的成功典范”。

06

中美航天商业发射合作戛然而止

中国运载火箭技术研究院对长征火箭改进了设计,长城工业总公司采取的一系列保证火箭制造质量的措施也大大提高了火箭的可靠性。1997年后一直成功的火箭发射率也使得客户们恢复了对长征火箭的信心,中国的航天商业发射市场前景看似一片光明。

但就在此时,美国作为世界上最大的卫星制造国,对中国执行越来越严格的出口控制政策,美国政府也曾多次以各种借口对中国发射服务实施制裁。到了1999年,美国完全禁止使用中国长征火箭发射美制卫星或者采用了美国零部件的卫星。这导致国际通信卫星组织的APR-3卫星、韩国星、意大利星的发射服务合同被终止,“中星8号”的发射服务合同也面临着被终止的境况,中国对外发射服务基本停滞。

1998年6月18日,美国众议院组建一个9人的特殊委员会来调查美国对中国的航天技术转移,加利福尼亚州民主党众议员克里斯托弗·考克斯(Christopher Cox)被任命为特别委员会主席。1999年5月25日,特别委员会公布《考克斯报告》。该报告声称中国通过商业发射美制卫星,特别是故障调查来不择手段地“窃取”或非法“获得”美国卫星技术、导弹技术、运载火箭整流罩技术和智能分配器技术来增强自身的军事航天能力,进而威胁到美国的国家安全。报告指控中国“窃取”卫星技术可能是在美国卫星和相关资料运到中国发射场的时候,休斯也被指控在将卫星运至发射台的过程中对卫星保护不力。随后,中国国务院新闻办公室召开记者会,对《考克斯报告》给予一一批驳。

1999年起,除非美国总统特批,美国政府禁止美国制造以及含有受美国 ITAR(国际武器交易规则)控制的部件的卫星,用中国火箭发射。也就是说,只要是美国制造的卫星,都不能用中国火箭发射。即便是他国制造的卫星,只要有美国零件,亦不能用中国火箭发射。1999年至今,长城公司也未拿到一份与美国制造的卫星产品有关的商业合同。

07

中国航天商业发射艰难转型

1999年到2005年中国航天没有进行任何商业发射活动。此后,经过艰难探索,中国国际商业发射探索出一条用长征火箭发射不受美国限制的欧洲化卫星和我国国产卫星的道路。2005年,中国用长征三号乙火箭将法国阿尔卡特空间公司制造的通信卫星送入太空。这是中国长征火箭自1999年以来的第一次国际商业卫星发射。

据统计,全球每年运载火箭商用发射市场份额高达数百亿美元,而且以每年10%的速度递增。十几年来,中国航天采用了欧洲策略,通过实施“长征火箭+欧洲卫星”、“长征火箭+国产卫星”、“整星出口在轨交付”等方案,在美国的制约和遏制中成功打出了一套组合拳。除此之外,在“双星计划”以及“伽利略计划”等空间技术项目中,中国与其他国家也都有航天技术方面的合作。

08

中国航天商业发射的反思

1986年至1999年间的中美航天商业合作是在冷战美苏两个超级大国对峙以及苏联解体这一特殊的历史背景下产生的。随着美国在20世纪末期改变对华航天政策,短暂的蜜月期也戛然而止。回顾这段时期中国航天商业发射的发展,我们能够更好地面对中国航天的现状和未来。

首先,在技术封锁的情况下不断自力更生提高火箭发射能力,是中国跻身国际商业发射市场的基础。便宜可靠是火箭发射的重要标准。中国长征火箭的高成功率是其进入国际市场的敲门砖,也是长二捆能仅凭图纸就拿到澳星发射合同的原因。我国能够根据国际商业发射的要求,对长征运载火箭进行持续研发,开发出一批新型火箭。

其次,中美航天商业发射受到政治、经济、军事等多种因素的影响。美国国内卫星和火箭发射工业对卫星和火箭发射方面的出口控制和全球贸易有着截然不同的观点。国际商业发射的核心不是经济,而是政治。目前,美中两国在太空中的关系好比一个依然占主导地位的超级大国,正面对着一个新兴且雄心勃勃的对手。美国仍然在试图稳固其空间竞争中的主导权。美国在国际空间站(ISS)项目上与包括俄罗斯在内的数个国家进行合作,却把中国置于一边,就是一个明显的例子。

再次,美国禁止对华航天商业合作,不可以“阴谋论”一概而论。中国火箭商业化进程缓慢,一方面由于美国ITAR法案的阻挠,另一方面也与我国的管理体制不太适应火箭商业化的发展有着一定关系。在世界范围内都发展大推力火箭的时期,我国火箭运载能力已经失去了上世纪90年代的优势。我国卫星制造能力一直落后于世界先进水平,生产的卫星不能满足国外客户的需求。

当今世界,航天科学技术突飞猛进,全球化趋势日益明显,这就需要更加广泛的国际航天合作。但是未来中美航天商业科技合作,依然困难重重。目前,在美、欧、俄三方已基本垄断了当前商业发射服务市场的情况下,日本、印度等国家也开始发力试图追赶,中国想重新进入并占有一定的市场份额,注定任重而道远。

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