11月27日，俄罗斯联盟2.1a火箭在拜科努尔发射场起飞，将联盟MS-28载人飞船送入预定轨道。令人意外的是，由于移动服务平台的固定效果不佳，突然爆发的火箭尾焰喷流迫使其沿滑轨脱落，并坠落到导流槽中，造成发射设施严重受损。再考虑到其他发射场相关设施的限制，俄罗斯目前暂时失去了载人航天发射能力。纵观国际航天发射活动，发射设施面临哪些威胁？哪些手段有助于发射场防范事故或恢复运作能力？未来，发射设施有望怎样利用新技术、新设计改进升级，确保航天发射服务安全高效？

火箭腾空带来“烦恼”

在人类航天发展史上，各种发射设施意外受损的情况时有发生，背后体现的风险因素各不相同。随着当前国际航天发射频次加速提升，怎样保障发射设施乃至更广泛的地面支持系统安全高效工作，已成为航天工作者的重要考量。

俄罗斯火箭发射前（上）与发射后（下）的地面设施对比

航天发射工位主要由导流槽、火箭支持设备、加注操作设备等组成。其中，加注/配气设备负责存放推进剂和火箭所需的增压气体，并通过泵或“挤压”方式，将推进剂、气体等输送至火箭内。一些火箭采用过冷推进剂，更要依靠大型过冷器，为推进剂额外降温冷却。支持设备主要用于在发射前支持并固定住火箭，还包括部分发射场设置的火箭牵制释放设备。至于导流槽，将直面火箭发动机高速喷流，将其偏转至安全方向，以防高温燃气外泄烧毁地面设备甚至火箭。

显然，导流槽和支持设备受到火箭燃气喷流直接冲刷，格外经受考验。要知道，火箭发动机喷流温度往往不低于1200摄氏度，速度超过3公里/秒。固体火箭发动机喷流中还有大量金属氧化物颗粒，具有极强的侵蚀能力。

而在较恶劣的地面风环境中，火箭可能会飞行偏移，尾流冲刷隐患也会加剧。因为一些设施部位在“正常”情况下未必会直面尾流冲击，防范措施容易疏忽，维护或更换工作也未必到位，一旦遭遇意外，有可能会产生更严重的后果。

此外，火箭起飞时会产生高分贝声学振动。如果防范抑制噪声措施不周密，发射场设备也容易受损。

近年来，新型火箭越来越依靠地面设备支持来提高性能，促使火箭支持系统、加注系统和牵制释放等设备逐渐集成化发展，功能日益丰富。

比如，美国猎鹰9火箭发射时，地面系统直接供应点火剂，曾多次遭遇管路故障而被迫推迟发射，同时对集成地面设施适应恶劣环境提出了更高的要求。

再比如，“星舰”第一级外圈20台发动机由地面设备负责起动，因此该设备被称为“第零级”。

目前，地面发射设施更重视预防风险，一旦发射活动出现意外，例如火箭点火时在发射台上爆炸，或者火箭起飞后提前关机，砸落发射台，那么地面相关设施恐怕难逃厄运。这时候，更应当重视的是保障发射场人员安全，相关措施包括设置合理的操作间掩体、安全通道等，同时应用可靠的技术手段，确保航天员脱险。

绝活不止有放水挖坑

随着航天技术进步和发射经验积累，地面发射设施的传统防护手段已相当成熟，而且根据不同型号火箭总体设计和发射场具体情况，实现了因地制宜。

从下方看俄罗斯火箭与地面发射设施

作为偏转高温高速燃气的“主力干将”，导流槽往往由耐高温的高强度混凝土修筑，工作时还会大量注水，努力吸收燃气热量。目前，全球大部分发射场均采用这种湿式导流槽，因此火箭起飞时常常能看到水雾蒸腾。

为了及时冷却火箭支持设备，做好噪声抑制工作，貌似简单的喷水手段成效显著。发射场往往会设置大型水塔和喷水管路，在火箭点火瞬间，大量向尾焰喷水，充分缓解高温高速喷流对导流槽和地面设施的冲刷。同时，这个过程可以吸收一定的高强度噪声能量，降低声学载荷，保护发射场设备和火箭。

然而，在拜科努尔这种纬度较高的发射场，冬季温度往往低于零下20摄氏度，冷却水容易结冰失效，更倾向于采用大型干式导流槽。简单地说，建设者需要先挖一个大坑，再将发射工位“悬空”设置在坑的一侧，避免燃气大量积聚在火箭底部。

面对严寒考验，发射场还有一些导流方法。比如，使用特殊的耐火混凝土，辅以少量喷水降噪措施，建造大型双面导流槽，保障火箭尾焰喷流顺畅地排出。再比如，牵制释放和加注系统可以部分采用移动挡板，辅以喷水冷却、涂覆耐烧蚀涂层等手段。

这些手段真的有必要吗？“星舰”做出了回答。首飞时，为了试探进一步降低成本的可行性，“星舰”不惜直接对地喷射，导致地面设施受损严重。后续“星舰”试飞时应用了水冷钢板设备，减缓尾流冲击的效果较好。

一些发射场为了组装火箭或加强检查，设有回转平台或移动勤务塔，工作时包裹火箭。等火箭完成总装总测后，回转平台会及时打开，移动勤务塔远离火箭，以防被尾流冲刷受损。

值得注意的是，火箭设计同样对地面支持系统的安全性影响较大。今年初，美国新格伦火箭首飞，由于增压输送系统和发动机产生异常耦合，导致推力低于预期，起飞推重比仅有1.08左右，当时，火箭缓慢离开发射台，尾流持续冲刷地面设备，造成了较大破坏。

因此，提高火箭推重比，优化设计，加强检查工作，有助于减轻对发射设施的消极影响。一些火箭还应用“规避机动”策略，也就是起飞后偏航并远离发射塔，缓解尾流冲刷作用。

单纯依赖技术要不得

现代航天发射需求日益旺盛，对火箭快速周转运作的要求越来越高，传统的地面设施发射-恢复-再发射流程逐渐显得“不够用”，因此减少地面设施在两次发射任务之间的整备时间很有必要。

美国“星舰”首飞导致发射台严重损坏

以猎鹰9火箭为例，其单个工位两次发射最短间隔纪录是55小时29分钟，这表明地面设施支持一次发射任务后，几乎不必进行“大动干戈”的维修工作，就能再次投入使用。为此，地面支持系统设备采用了新型耐高温涂层，提高了抵御火箭尾流冲刷的本领，又加大喷水流量，缓解高温、噪声等破坏作用，还采用了集成度更高的连接器，减少猎鹰9火箭单次发射损耗，压缩更换周期。

即将大功告成的“星舰”2号发射台，则选择将水冷管路、导流槽等结合布置，以便进一步降低未来新版“星舰”近万吨起飞推力所造成的高温、高热、噪声、振动等风险。

为了提升推力和运力，新型火箭的推进剂加注量屡创新高，加注系统的规模和复杂度也不断“膨胀”，更追求快速加注，减少管路流阻损失等，促使加注系统距离火箭越来越近。例如，德尔塔4火箭加注系统贮箱距离发射台中心超过170米，而庞大数倍的“星舰”加注系统距离发射台中心仅有70米左右。

这就引发了问题：如何保障布置更近的加注系统更安全？方法之一是修筑防爆墙，将加注设施和重型火箭喷射尾流的潜在影响区域隔离。

不过，除了应用各种技术手段外，人的因素始终是至关重要的。再先进的设备、再可靠的设计一旦失去持之以恒的合理合规维护，同样会老化、失效，进而在故障中受损。因此，地面发射设施在设计时就有必要考虑发射后恢复事宜，航天工作者还要制定合理的检查单和科目，确保每次发射任务对地面支持系统的损耗或破坏保持在预期范围内，利用事先储备的零部件和耗材，迅速完成修复，不影响后续发射任务。

未来，航天发射系统将呈现高度简约化、集成化特征，借助可靠、紧凑、先进的设备，高效加注推进剂，快速完成地面整备，兼顾火箭发射和回收功能，不断压缩整个运作流程，提高整体复杂系统的成功率。到时候，在航天工作者充分论证、周密计算下，新型防热材料、智能化大流量喷水降噪系统等必将大显身手。

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