随着中国航天发射的频率越来越高,以及以美国SpaceX公司为代表的私人公司争夺航天发射市场,现在比较火箭发射次数也逐渐成为网上一个颇受关注的事情,在很多人看来,各国火箭发射数量的对比就好像看一场比赛 ,中美俄三国的航天发射数量交替上升代表了它们航天领域实力的对比,因而极具观赏性和代表性。
但这里要说的是,火箭发射次数不是说一点意义没有,这个指标在一定程度上还是可以反映出各国在航天领域的某些态势,比如航天活动的活跃度,进而也就部分反应了航天工业的能力和军事及民用航天的需求。 但是这个意义也不能太夸大,只有进行较为深入的分析,并将部分因素综合考虑进来后,我们才能利用航天发射大致评估世界航天竞争的态势。
轨道和质量很重要
首先我们要注意的一个因素是,火箭发射的目的是将一定载荷送入地球轨道或者深空,让这些载荷为人类服务。因此火箭的“枚”数并不自然的就决定了入轨载荷的参数。大家第一时间可能会想到一个参数:质量。卫星的能力和其重量是直接相关的,谁也不会希望自己的卫星更大更重,都是在加能力保寿命等情况下才不得已斤斤计较的增加重量。因此在不考虑技术水平差异的情况下,同类型的卫星总是越重的能力就更强一些。那么,很显然火箭发射次数只是一方面,火箭发射的卫星重量甚至更关键,像印度的PLSV火箭进行发射,其低轨道运载能力只有3吨左右,这只相当于中国较早型号的“长征”2火箭水平,和俄罗斯6~8吨近地轨道发射能力的“联盟”火箭相比差距很大, 我们现在所熟知的美国SpaceX公司的“猎鹰”9火箭的近地轨道运载能力也已经从1.0款的10.45吨,1.1款的13.15吨,加到了最新FT款的22.8吨,而中国正在研制并发射的“长征”5火箭运载能力更是达到了25吨 ,显然这些大型火箭和那些中小型火箭可以拉开数量级的差距,但是两款不同运力的火箭在发射次数上却是绝对平等的。

除了质量,还有一个就是轨道参数问题。我们看火箭发射报道时经常会见到低地球轨道(LEO)、地球同步转移轨道(GTO)、地球同步轨道(GEO)等,这些轨道相互之间差别很大。低地球轨道距地表200多千米,而地球同步转移轨道则是一个近地点距地表1000千米以内,远地点距离地面36000千米的椭圆形轨道,很多火箭的发射能力都标的是地球同步转移轨道,也就是说将卫星送到这个椭圆轨道后,需要卫星以自带的燃料进行变轨机动,最终切入36000千米高的圆形的地球同步轨道。显然这地球同步转移轨道的发射能力其实并不是真正的“入轨”载荷能力,因为卫星要消耗掉自身的大量燃料,减轻重量才能达到最后的目标轨道。但是很多火箭的性能一栏只能写地球同步转移轨道,因为将卫星直接送到地球同步轨道的能力并不是每一款火箭都具备的,同时也不是一般客户需要的,一般的民用运营商不会过于追求自己通信卫星的入轨时间,这一切基本都是提前计划好的。但军方用户不同,其很多大型精密和保密的卫星对入轨的速度、稳定性和重量都有严格要求,这时就需要那些有金刚钻的火箭来揽这个瓷器活了。比如美国的“德尔塔”4重型火箭,一方面其使用了三个通用芯级且装的是强悍的RS-68液氢液氧发动机,另一方面其具有多次点火能力,因此可以将美国军方绝密的重型间谍卫星直接送到地球同步轨道,且地球同步轨道入轨质量可以达到6.75吨,这是十分强悍的能力,要知道如果这款火箭将载荷送到地球同步转移轨道,其运载能力可以达到14吨,至于更低的低地球轨道,其运载能力极限可达28吨。

当然, 除了上述这些轨道外,还有像太阳同步轨道(SSO)、发射入月球轨道和发射入火星轨道等。一款火箭往往会在上述这些发射要求下有所侧重,比如中国当年研发的“长征”2E侧重于低地球轨道,而“长征”3号乙则主攻地球同步转移轨道。
轨道的不同和卫星的能力之间有着紧密的关系,比如照相侦察卫星需要轨道能低一些,这个很好理解,轨道越低则可以看的更清楚一些。当然也不能太低,轨道越低就越接近大气层上缘,阻力会越大,轨道丧失高度会越快。通信卫星和预警则首选地球同步轨道,当然需要兼顾北极地区的话会选择大椭圆轨道,此外一些电子侦察卫星等也会选择这么高的轨道。
载荷的性能很关键
大约从 1966年开始,苏联的航天发射次数就开始快速超过美国,甚至达到美国很多倍。在冷战时期,有很多年苏联甚至保持每年上百次的火箭发射,而目的则是部署各种军事卫星,但不难发现,在保持的同时在轨的军事卫星数量上,苏联却从来没有什么优势。这又是为什么呢,苏联往天上射的火箭都钻黑洞了吗?原因是苏联的卫星往往寿命极短,比如1985年苏联就发射了33颗照相侦察卫星,但这些侦察卫星的寿命只有几周,也就是说,只要这种发射活动停止一个月,地球轨道上就基本没有苏联的照相侦察卫星了。苏联人自然只能是一枚接一枚地往天上发射。 相比之下,冷战时美国一般发射的是类似锁眼这样的携带大量燃料,可以在轨工作几年乃至十几年的重型间谍卫星,那么当一国在一年内发射一颗卫星在轨工作10年,和另一国每年发20颗寿命3星期的卫星连续射10年,在实际使用效果上其实并无大的差别。 当然,冷战时期的例子稍显极端,但基本的逻辑是不难理解的,而且当代还有另一个侧面的极端例子,那就是纳米卫星,印度现在一箭几十颗卫星的事情也干了不止一次,自然不会有人觉得印度在世界卫星领域独占鳌头了,那种大学生手工也可以做出的“土豆卫星”,在能力上是无法替代真正的大型卫星的。
因此如果谁想通过航天发射任务来评估各国航天活动的情况,与其只是简单地数一数火箭发射了多少枚,不妨多从其他角度来做评估:
首先注意一下这些发射仅仅是国际商业发射还是本国的载荷发射。一次火箭发射收费几千万到一亿美元很普遍,而一颗卫星则动辄几亿美元。 因此哪怕从产值角度看,一次发射任务中的载荷是谁造的,比这枚发射它的火箭是谁造的其实更重要。中国用“长征”3火箭发射一枚本国研制的遥感卫星的意义,显然远超欧洲阿里亚娜公司用“阿里亚娜”5火箭发射一颗国际运营商从美国采购的通讯卫星。
其次看看是哪款火箭。如果以俄国“联盟”火箭作为一个参照,更重型火箭如“德尔塔”4、“质子”、“长征”5、“阿里亚娜”5等的发射费用本身就会比较昂贵,而其搭载的载荷要么在军事上,要么在民用应用或者科学研究上有重要价值,这种重型火箭发射的数量是实打实的航天实力的体现,它们的发射次数显然需要乘上一个大于1的加权指数。而那些低地球轨道运送能力只有2~3吨或者更小的火箭,比如印度的PLSV、美国的“米诺淘”、中国的“长征”2甲乙丙等型号,显然需要乘以小于1的系数。当然,这里只是一个大致的粗略评估,并不是要把问题绝对化。

那么最后要注意的就是被发射的载荷本身的技术水平和价值了。我们所熟知的“卡西尼”号土星探测器计划花费30多亿美元,重达6.4吨,要被送往十几亿千米外的土星,所以就要依赖当时最强力的火箭之一“大力神”4号发射,而“好奇”号火星探测器计划的花费则达到25亿美元,用的“宇宙神”5火箭发射,并且采用了4台固体助推器的541大推力构型来发射。至于美国军方的卫星,像大型侦察卫星、预警卫星等都是凝聚了巨额的投资和尖端技术,一般也都是几亿到十几亿美元的价格。
事实上每年美国官方的发射数量并不算多,单看国际空间站建成而航天飞机退役后的这个时期,主要有这么几大类,就民用而言,首先是为国际空间站提供补给的货运飞船,这个任务是由美国SpaceX公司的“龙”飞船和“天鹅座”飞船负责,至于载人运送任务暂时是由俄国的“联盟”飞船负责。其次是NASA的深空探测器,如2006年发射的“地平线”号冥王星探测器,还有就是各种民用通信卫星、气象卫星、科学研究卫星等。而军方及情报机构的载荷主要有预警卫星、光学侦察卫星、电子侦察卫星、GPS导航卫星、军事通信卫星等。