速讯：躺着还是站着？火箭转运方式门道多
前不久，长征七号火箭载着天舟六号货运飞船在文昌航天发射场转运的视频，再次引起了大家关注。火箭完成总装测试后，从总装测试厂房转移到发射工位，其过程就是火箭转运或转场。实际上，火箭常见的转运方式有“躺着”转运和“站着”转运。那么，为什么大同小异的运载火箭会发展出截然不同的转运方式？它们又各有什么优劣呢？
水平转运成本低
【资料图】
运载火箭“躺着”转运，学名水平转运。苏联首创火箭水平转运方式，俄罗斯继续发展到今天，是该国转运方式的主流，在其他国家也得到了应用，是一种常见的转运方式。
火箭采用水平转运时，发射系统设计比较简单，经常看到俄罗斯使用火车拉着火箭水平转运起竖车和联盟号火箭进发射场的画面，充满蒸汽朋克的历史厚重感。“质子号”也是用火车水平转运，哪怕是苏联时代空前绝后的能源号重型运载火箭，也都采用水平转运方式。
由火车运输的联盟号运载火箭
火箭会在总装和测试厂房中水平装配，随后水平转运到发射工位，之后由起竖机构进行起竖操作，把水平状态的火箭和载荷组合体，变成垂直状态等待测试和发射。曾经是世界上最大火箭的“土星五号”也就10米直径，常见的联盟号火箭采用并联捆绑式设计，芯级直径2.95米，最大直径也就10.3米，因此对绝大多数仅需水平转运的火箭来说，总装厂房高度十几米就够用了。
如果火箭采用垂直转运，需要建造几十米甚至上百米高的总装测试大楼，这花钱就太多了。运载火箭垂直吊装不仅麻烦费劲，而且高空作业也带来了更多危险。水平转运配套的水平组装方式便于快速组装，以及扩大厂房增加组装线，这些都有利于实现火箭的快速发射。苏联人搞运载火箭一上手就选择了水平转运方式，避免了火箭垂直吊装的问题，是很合理的选择。
冷战结束后，苏联水平转运技术得到了美国青睐。例如，美国德尔塔IV火箭、猎鹰9火箭都采用水平转运方式，其目的就是降低火箭在地面测发的成本。
垂直转运更可靠
火箭除了“躺着”转运外，还有“站着”走的垂直转运方式。火箭垂直转运自然要垂直组装，这就需要高大的总装测试大楼。尽管如此，“三垂”也就是垂直总装、垂直测试、垂直转运模式仍然得到了广泛应用。美国长期以来以“三垂”模式为主，受其影响，欧空局和日本的主力运载火箭也采用“三垂”模式。一些国家尤其是欧日的火箭普遍使用垂直转运模式，我国的长征二号F、长征五号和长征七号等火箭也是垂直转运模式，主要原因是垂直转运的效果更好。
神舟十三号船箭组合体转运至发射区
众所周知，运载火箭都是垂直发射的，而垂直转运的火箭都使用垂直组装方式。火箭垂直组装完成后，到发射前都保持垂直状态。垂直转运的火箭只需要组装完成后进行一次全面测试，其发射前的测试可以大大简化。水平组装虽然方便，但火箭横向上容易出现受力不平衡的问题，而且完成转运后在发射工位有一个起竖过程，火箭从水平承力转为垂直承力，整体受力状态的变化会影响火箭的状态。水平组装完成后的测试再全面和完善，起竖后也要再进行大量测试，检查起竖前后火箭状态的变化。
为提高火箭运载能力，科研人员都追求极限降低结构重量，本来考虑火箭在飞行时的纵向承力需求就很头疼了，如果采用水平转运方式，还必须考虑加强横向强度，同等技术水平下结构重量有增无减，运载能力就要打个折扣。
更重要的是，精密娇贵的卫星对放置状态极为敏感，有些卫星带有超大的轻质折叠天线，根本不许改变放置姿态，星箭合拢完成组装后，就只能采用垂直转运方式，最大限度地保持卫星状态不发生变化。总之，虽然垂直转运需要配套垂直组装，而垂直总装大楼的建筑成本也较高，但垂直转运最大限度保证了火箭和卫星的状态不变，提高了火箭和卫星的可靠性。
未来火箭转运方式多
水平转运省钱，垂直转运可靠，有没有什么办法融合两者的优点呢？美国航天已经做了一些创新尝试。美国的德尔塔IV火箭虽然是水平转运，但看转运照片就知道，它和俄罗斯的“联盟号”等火箭的水平转运是大不相同的：水平转运的德尔塔IV火箭并不完整，只有“无头”的火箭第一级和第二级，它的整流罩/有效载荷组合体是等“无头”火箭运抵发射区起竖后，才用垂直吊装方式和推进级对接，这种混合模式既有水平组装费用低，又有载荷垂直组装状态不变的优势，可能会成为未来的发展方向。现在美国猎鹰重型火箭为发射高价值的军用卫星，正在建造巨大的垂直总装塔，实现大型精密军用卫星的垂直总装。
无论是“三平”还是“三垂”，都是上世纪诞生的火箭测发模式，随着可重复使用航天运载器的发展，未来火箭可能不再需要转运。美国在上世纪90年代曾计划研制三角快帆复用航天器，这是一种垂直发射垂直返回的单级入轨火箭，它从设计概念上就没有组装和转运的问题。
当然，“三角快帆”的验证机DC-X都半途而废，后续研发更是无疾而终，但它毕竟指出了一个前途无限的路线。现在，SpaceX公司正在研制“星舰”运输系统，作为一种二级入轨完全重复使用的火箭，它的第一级“超重”和第二级“星舰”都将火箭精确反推降落，悬停到发射塔架附近，并由发射塔架上的机械臂Mechazilla夹住回收。“超重”和“星舰”将借助Mechazilla机械臂，直接在发射塔架上垂直组装。换句话说，虽然“星舰”系统的设计更复杂，但它同样没有转运的问题，未来火箭取消转运，或许是大势所趋。（作者：张雪松）
