李 靖，陈晓东，李晓龙，谢业波
（1. 中国运载火箭技术研究院，北京，100076；
2. 北京航天发射技术研究所，北京，100076）
长征五号运载火箭是为满足中国航天发展对大运载能力的迫切需求而研制的新一代大型运载火箭，于2006年10月正式批复立项，2016年11月3日首飞取得圆满成功，使中国火箭技术水平和运载能力进入世界前列。长征五号运载火箭采用了全新材料制造5 m大直径芯级箭体，并为其在天津滨海新区兴建了采用全新技术和设备的火箭制造基地，在海南文昌建立了使用全新发射支持系统的发射场[1]。
火箭需要从天津火箭制造基地送往海南发射场，但如此规模的箭体产品已经无法通过陆路运输，经多年论证，决定采用超大规模的特种集装箱装载箭体产品，通过陆-海联运模式前往目的地。为此，专门研制了世界上最大体积和质量的特种集装箱以及配套的公路运输车等大型车辆、设备和专用运输船。图1为芯一级箭体公路运输车，长47.7 m、宽6.4 m、高7.8 m，满载质量165 t。
图1 超大型特种集装箱公路运输车 Fig.1 Large Special Container Road Transport Vehicle
历史上，中国火箭产品长途运输基本限于铁路方式，但以长征五号运载火箭为代表的新一代大型运载火箭产品运输具有以下不同于以往的重要特征：
a）货物体积大、质量大、数量多。
长征五号运载火箭使用10件特殊设计的超大型特种集装箱及20件左右设备用标准集装箱。其中芯一级箭体集装箱长度近40 m，体积相当于40件6.1 m长的标准集装箱，质量近90 t，公路运输此类“超长、超宽、超高”的货物时必须实施封路行驶，部分路段还需逆行过障。
b）运输过程多、时间长。
火箭运输过程包括“火箭产品前往海南发射场”和“空集装箱返回天津”两大部分，包括陆运、海运和多次吊装过程，整个流程持续48～56天。
c）运输安全要求高。
长征五号运载火箭技术先进、制造复杂，每发火箭产品价值数亿元，从箭体产品备料到总装交付需要长达3年时间，运输途中发生的事故对于当次发射任务是不可接受的。为此，特别提出了“将火箭产品安全、可靠运抵发射场”的任务要求。
2015年年初，长征五号运载火箭运输涉及的车、船、箱和吊装设备等技术装备陆续就绪，执行的首次火箭发射场合练运输意义重大、时间有限，制定运输组织总体方案的工作迫在眉睫。
长征五号运载火箭是中国首次采用大规模特种集装箱装载，通过多单位、多地域协同，以陆-海联运模式运往发射场的运载火箭。自火箭论证阶段开始，运输的技术性准备已经进行多年。
为确保“将火箭产品安全、可靠运抵发射场”核心目标的实现，运输组织总体方案制定以下思路。
a）认识任务核心质量要求，树立正确的指导思想。
运载火箭属性特殊，其产品价值高，社会影响大，必须认清“安全、可靠”是“将火箭产品运抵发射场”任务的核心质量要求。
b）在多年论证基础上，制定运输组织方案。
依据多年论证结果，在现有车、船、设备和人员等已有技术条件的基础上，进行流程规划，制定满足当前任务需求的运输组织方案。
c）运用系统工程观点，进行总体方案的创新优化。
航天系统工程管理实现了“1+1＞2”的管理效果。由于航天型号系统规模庞大、结构复杂、影响因素多，因此航天型号优化工作比较困难。航天系统工程优化的基本方法是以整体的观点来分解和协调[1]。
在流程规划的基础上，从系统工程观点出发，将火箭运输作为整体项目考虑，争取整体最优为目标。通过分析全流程中各个子项目之间的内在关联，以及各子项目与其保障条件的关系，实施局部创新引发整体优化，寻求运输方案效率提高、费用降低、可靠性提升。
2.1 技术基础的建立
长征五号运载火箭陆-海联运过程包括“火箭产品前往海南发射场”和“空集装箱返回天津”（以下简称“进场”和“撤场”）两大部分，每一部分均包括天津地区公路超限运输、天津-海南海上运输和海南地区公路超限运输，其中进场为正序，撤场为逆序，围绕这3个阶段还包括特种集装箱装／卸车、特种集装箱装／卸船、产品进／出箱，以及其他准备性工作等。
2014年，火箭运输总体技术方案论证详细介绍了运输基本步骤、产品及随运保障设备组成、船舶配载、贮存环境和保障需求、特种公路运输车和运输船、吊装设备和工具配套等，在初样设计阶段，为运输方案制定提供了技术基础。
2.2 运输总体方案的制定
通过对技术性方案的研究，按照“进场”和“撤场”分别在火箭发射前后进行的模式制定运输总体方案，进行运输流程规划。
两艘运输船从天津前往海南完成产品进场运输后，即离开海南。卸船完成，运往海南发射场；
在海南发射场内，产品从特种集装箱卸出后，使用2台200 t以上级别的吊车，将空集装箱从公路运输车上吊至地面停放；
待火箭发射任务完成后，在海南发射场内将空置的特种集装箱重新吊装上公路运输车；
两艘运输船再次前往海南，待到达海南后，装载集装箱返回天津。
图2为“进场”和“撤场”分别在火箭发射前后进行模式的运输流程，该流程特点是：
图2 “进场”和“撤场”分别在火箭发射前后进行模式的运输流程 Fig.2 The Transportation Process of the Mode of "Entering" and "Withdrawing" Shall be Conducted before and after the Rocket Launch Respectively
a）“进场”和“撤场”分别在火箭发射前后进行；
b）每次任务包括2次天津—海南之间的海上往返运输，共计4个船次；
c）4个装卸船过程中，每个均包括3次公路往返超限运输。
长征五号运载火箭货物体积巨大、运输周期较长、横跨地域繁多以及安全要求高。在实践过程中，通过技术和管理的局部创新，实现了整体运输方案的大幅优化。
a）改装2件特种集装箱，实现公路超限运输流程优化。
特种集装箱公路超限运输当日，需要动员数以百计的大件运输专业保障人员、维持交通秩序的警力和执行沿途清障的相关公共设施管理部门人员；
车队不仅需封路行驶，部分路段还需逆向行驶；
单程30 km的路程需耗时2 h，每天最多完成1个往返。因此，公路超限运输实施复杂且代价高昂。长征五号运载火箭使用的10件超大型特种集装箱分别装载于2艘运输船（第1艘船装载4件、第2艘船装载6件），仅配备8辆公路运输拖车和4辆牵引车，有2件集装箱必须与其他集装箱共用1辆拖车。因此，第2艘船装载时，必须进行2次公路超限运输，即完成第1批4件集装箱装船后，公路运输车装载第2批2件集装箱，然后进行第2批2件集装箱装船，过程持续3天。
通过研究产品特征发现，第2艘船装载的特种集装箱中，有2件为宽度较大、但高度接近标准集装箱的扁箱型，有可能用标准集装箱拖车装载。于是，确定通过对箱底接口进行改装，可与标准集装箱拖车相连，且装载后行驶稳定性符合安全要求，使上述2箱彻底摆脱了对特种运输车的依赖，实现了同其他4件产品箱通过同一次公路超限运输完成码头装卸，如图3所示。
图3 特种集装箱使用标准集装箱拖车装载 Fig.3 Special Containers are Loaded with Standard Container Trailers
此项装载方案优化引起的流程变化见图4。虚线框内工作过程由3天减少为1天，使天津和海南公路超限往返运输次数由6次减少为4次，减轻了两地超限运输保障负担，极大提高了工作效率，节约了费用。
图4 装载方案优化引起的流程变化前后对比 Fig.4 Comparison of before and after Process Changes Caused by Loading Scheme Optimization
b）放弃“进场”和“撤场”在火箭发射前后分别进行模式，构建“去程”和“返程”连续进行模式运输总体方案见图5。
图5 “去程”和“返程”连续进行模式运输总体方案 Fig.5 The Overall Transportation Scheme of the Departure and Return Continuous Mode
在实现公路超限运输流程优化，减少超限运输次数的基础上，在执行3次运输任务后，发现按既定方案规划的流程存在巨大的改进潜力：a）两次海上运输造成整体流程时间较长，平均每个来回约28天，总计约56天时间；
b）在海南发射场需进行产品特种集装箱的吊下（需2天）／吊上（需3天）运输车各1次作业，操作困难且危险性大的工作时间较长；
c）火箭发射结束后，需大量人员滞留在发射场10天左右执行撤场装船，人力资源占用严重，尤其当发射密集程度提高后，影响更加显著。
经研究，确定对后续流程进行重新构建：a）两运输船在海南完成产品进场运输后不再离开海南，改为原地停泊，等待空箱装船返回天津；
b）卸船完成后，在发射场内，火箭产品从特种集装箱卸出后，空箱不再卸车，而是直接返回码头装船；
c）随船前往发射场的设备集装箱，改为发射结束后由公路运返天津；
即， 由产品“进场”和空箱“撤场” 在火箭发射任务前后分别进行的模式，改为“去程”和“返程”连续进行的模式。
该流程特点是：a）运输整体流程从56天减少到 42天，两艘运输船每次任务由4船次改为2船次；
2b）完全取消海南发射场内使用大型吊车将特种集装箱吊 下／吊上运输车的操作，减少了危险作业过程，提高了运输整体安全性；
c）发射任务完成后，人员可立即离开发射场，大大减少了人员占用；
d）海南无需卸载贮箱充气和压力监测气瓶组，取消了海南地区4次压力容器类特殊货物装卸船和公路运输需求；
e）两运输船一次性完成全部工作，减少了海运时间，其他时间可安排维修、培训或其他运输任务，大大提高了船舶调遣灵活性，降低了成本[2]。
2015年8月至9月，长征五号运载火箭产品首次采用陆-海联运模式，由天津火箭制造基地成功运往海南发射场。
2019年9月，长征五号运载火箭第4次运输任务，首次由“进场”和“撤场”在发射前后分别进行的流程模式，更改为“去程”和“返程”连续进行模式。
4.1 总体方案最优
a）火箭产品的运输组织是系统工程理论运用的最佳实践之一。通过对火箭运输系统的分析以及运行实践，认识制约系统运行的瓶颈问题，识别对其产生重大影响的要素，再通过装载方案和运输流程等方面的创新，使得运输组织总体方案产生趋向最优，火箭运输系统整体效率提升、费用降低。
b）在运输方案策划阶段，通过对2件特种集装箱的改造，摆脱对特种运输车的依赖，两地公路超限运输次数减少三分之一，大大降低了公路运输效率和保障费用，同时减少了码头占用时间，提高了运输整体安全性。
c）数次运输实践后，通过将运输流程由“进场”和“撤场”在发射前后分别进行模式，更改为“去程”和“返程”连续进行模式的创新，使整体任务完成时间由的56天减少到42天，人力物力消耗随之大幅降低，显著提高了任务总体效率。
4.2 实现降本增效
长征五号运载火箭陆-海联运模式是中国火箭运输方式的首创，之前不存在的类似模式作为比较基础。采用成本-效益分析，通过运输组织方案创新，实现了降本增效的经济效果[3]。
a）由“进场”和“撤场”在发射任务前后分别进行模式，调整为“去程”和“返程”连续进行模式，减少运输船航次，减少任务时间。
运输模式调整后，专用运输船任务路线由“母港—天津—海南—母港—海南—天津—母港”，调整为“母港—天津—海南—天津—母港”。运输船每次任务总里程减少约25%；
母港和海南各减少一次进港；
总出海时间减少14 天。运输船费用较调整前共计减少约25%支出。
在海南直接参与装卸人员约50人，每次任务减少产品装卸时间10天，人员费用支出得以降低。
b）装卸机械方面，产品集装箱不用再吊下再吊上运输车，减少了2辆200吨级别大型吊车的费用支出；
任务结束后安排7辆标准拖车运输14件6.1 m标准集装箱由海南返回天津，增加了公路运输费用。
单次发射运输任务中，运输船、装卸人员、装卸机械等费用合计减少约280万元直接支出。
单次运输任务产生的经济效益约为360万元。以2020年为例，年度3次发射任务，由此产生经济效益达1080万元。
长征五号运载火箭作为中国新一代运载火箭的领军型号，后续发射任务需求逐年递增，经济效益将更加显现[4,5]。
从2015年8月至今，长征五号运载火箭共计完成9次火箭产品运输任务，其中，最初3次采取“进场”和“撤场”在发射前后分别进行模式，每次4船次，总周期约56天；
后续，调整为“去程”和“返程”连续进行模式，每次2船次，总周期约42天，每次均做到按计划、安全将火箭产品送至发射场，以及将空集装箱运返天津，确保了“将火箭产品安全、可靠运抵发射场”核心目的的实现。
先进技术的实现，离不开先进管理理念和方法的配合，正是应长征五号运载火箭研制而创建的火箭运输组织方案，同样实现了从无到有的跨越，圆满完成了对新一代运载火箭运输任务的保障，为中国航天科技水平跃升至新的高度做出了应有的贡献。
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