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在技术方面,中国现有的航天发射场垂直组装、垂直测试、垂直发射的“三垂”技术已经看齐了国际先进水平,航天发射的频度也已经达到了平均20多天就发射一发火箭,但发射场的规模和综合能力仍与美俄两大“巨头”存在相当差距。且由于建设年代较为久远,发射潜力一般。2013年海南文昌发射基地建成后,将拥有极具竞争力的低纬度发射优势。

人类进入太空时代以来,已经建设了22个发射场。这些发射场有的对公众开放而广为人知,其他的则是最高的机密地点。地球上的这些发射场,它们的位置受制于政治现实以及把卫星发射到地球轨道上的技术要求。从1957年以来,已经有5000颗卫星从这些发射场发射了。目前,世界上最繁忙的发射场分别是美国的肯尼迪航天基地,俄罗斯的拜科努尔,普列谢茨克,法属库鲁(圭亚那),日本种子岛,中国的酒泉、西昌和印度的斯里哈里科塔。其中肯尼迪、拜科努尔、酒泉三座发射场能够发射载人航天器。

下面,我们将对中国等世界几个最具代表性的航天“始发站”做一个简要的对比介绍。

中国西昌发射中心:拥有世界最先进发射塔之一

中国有四大航天发射场,按照建造时间来看,西昌卫星发射中心排行“老三”,始建于1970年,在那个风雨动荡的年代,经过了12年的艰辛建设才得以完工,于1982年交付使用。两年后的1984年4月发射了中国第一颗地球同步轨道通信卫星——“东方红二号”。

从地理环境上来看,西昌卫星发射中心地处“天府之国”四川,海拔高、纬度低;地形隐蔽,地质结构坚实;水源丰富稳定;交通和通讯条件也比较理想。

9月25日,西昌卫星发射中心,嫦娥二号探月卫星进行探月前的第三次合成演练。搭载着嫦娥二号探月卫星的长征三号丙运载火箭已经由总装厂房平移至2号固定发射塔。

从技术上讲,与酒泉卫星发射中心和太原卫星发射中心这两个“哥哥”相比,西昌卫星发射中心因为建造较晚,所以有更多的先进技术和设备被引进或应用,也就决定了它承揽的外星发射任务更多、功能更齐全、综合发射能力更强。主要担负广播、通信和气象等地球同步轨道(GTO)卫星发射的组织指挥、测试发射、主动段测量、安全控制、数据处理、信息传递、气象保障、残骸回收、试验技术研究等任务。

中心由总部、发射场(技术区和两个发射工位)、通信总站、指挥控制中心和三个跟踪测量站,以及其它一些相关的生活保障(医院、宾馆等)单位组成。

发射场的坐标位置为东经102度、北纬28.2度,面积约2平方公里,拥有2个发射工位。最新的3号发射架高85.5米,塔上的12层工作平台可以180度旋转,塔顶上的吊车用来完成火箭、卫星的起竖、对接和吊装;塔底有一个支撑火箭的发射台和一个能耐高温、高速气流冲刷的导流槽。3号发射架是目前世界上最先进的火箭发射塔之一。

技术厂区位于发射场区不远的山坳里,是一幢幢乳白色的高大建筑,这里是卫星发进行装配,加注,测试及火箭水平测试的地方,也是国内目前最先进,最优越的厂房,其中有一枚专供参观的“长征三号”运载火箭。

指挥控制大厅,是发射中心的“神经中枢”,位于距发射场几公里以外的山湾里,大厅最引人注目的是正前方一面20余平方米的的彩色电视屏幕,旁边还有许多状态显示板组成的长18米,宽6米的显视大屏。科技人员和贵宾们可以通过电视屏幕和各种显示仪器,清晰地看到炎箭从发射架上起飞到飞到一级火箭脱落的实况。而这里的电脑也将火箭起飞后的各种信息迅速处理传输到各跟量站和设在北京的总指挥所,以供分析决策。

西昌卫星发射中心还是是中国对外开放最早、承担外星发射最多、自动化程度较高、综合发射能力较强的航天发射场,近50颗 国内外卫星从这里送入太空。 在历史上,还曾有过将美国的“亚洲一号”这颗转到5个国家发射都没成功的“灾星”成功发射的有趣故事。

中国酒泉:世界仅有三座载人航天器发射场之一

始建于1958年的酒泉卫星发射中心是中国建造时间最早的航天发射基地,中国规模最大的综合性火箭卫星发射场,是四大航天发射场的“老大”。中国的第一颗人造地球卫星“东方红一号”便是从这里发射。

酒泉卫星发射中心位于荒无人烟的内蒙古巴丹吉林沙漠深处,因为距离此处最近的城市便是酒泉市而得名。中心海拔一千多米,占地面积约2800平方公里。该地区地势平坦,人烟稀少,属内陆及沙漠性气候,年平均气温8.7℃,相对湿度为35%-55%,常年干燥少雨,春秋短,冬夏长,一年四季多晴天,云量小,日照时间长。这些天然因素决定了生活环境的异常艰苦,但同时却为航天发射提供了良好的天时条件,每年大约有300天左右的时间可以进行发射试验。

酒泉卫星发射中心的优势在于可充分利用西起喀什、东至闽西,距离数千公里的陆上航天测控网,加上基地已建成多年,生活设施基本齐全,技术保障、测控通信、铁路运输、发配电等配套设施完善,条件很适合卫星及载人航天飞行器发射,因此它成为了我国载人航天工程的主要发射场。

酒泉基地的核心建筑物是“垂直总装测试厂房”高93.5米,是亚洲最高的单层建筑,曾获中国建筑界的最高荣誉——“鲁班奖”,上宽为8米,下宽为14米,整体重量达350多吨。由于其建筑技术难度高,目前世界上只有少数发达国家能够建造。垂直总装厂房左侧的建筑是测发楼。楼内配置了完备的计算机测试发射系统,可兼顾技术区的综合测试和发射区的发射控制,实行自动化巡回检测和对关键部位的监测控制。

酒泉卫星发射中心分别有大型、中小型以及气象和探空火箭发射场。大型发射场的发射塔通体粉绿色,高达百余米,全部为钢架结构,矗立在沙漠中。塔架上设有固定平台和可升降的工作平台,供科技人员对飞船、火箭进行发射前的最后测试、检查。由于酒泉卫星发射中心承担了载人飞船发射任务,所以这里的发射塔架的特点使拥有一个逃逸滑道,发射前一旦出现意外,航天员可迅速通过滑道进入地下安全掩体。酒泉基地还拥有返回式卫星和飞船的主、副着陆场地各一个。

文昌航天发射中心是中国四大发射场中唯一一个改革开放后才开始建造的航天发射基地。其实,在上世纪70年代初文昌就被候选为最佳航天发射场建设区域,但是受当时冷战国际环境影响,沿海地区不易建造大型重要设施或基地,有关部门最终把这项特殊待遇给了地处内陆的西昌。但是这块航天发射宝地并没有被彻底抛弃,1988年,在海南西海岸建成了中国第一座用于科学研究的探空火箭发射场,并且成功发射了几次“织女”系列火箭。直到1994年,海南航天发射基地项目开始启动,并于09年60周年国庆前夕破土动工。这座开放型的“绿色”现代化航天发射场进入了全面实施阶段,并预计于2013年建成使用。

国际上公认最理想的发射场是设在南美洲圭亚那库鲁的发射场。该发射场的纬度为北纬5°,由欧洲有关空间机构管理。欧洲的“阿丽亚娜”火箭就是在这里发射的,这也是“阿丽亚娜”火箭一个重要的竞争优势。而文昌航天发射中心位于约北纬19度19分,东经109度48分的位置。此地纬度较低,接近赤道,地球自转造成的离心力可以让在这里发射的火箭以更低的能耗负载更多的物品。在现有的技术条件下,在文昌发射地球同步轨道卫星大约能比在西昌发射的运载能力可提高10%至15%,能将中国的“长征F”火箭的推力从70多吨提升一个档次。同时,它还能使卫星寿命延长2年以上——这个特点将使文昌航天中心在国际商业放射方面的竞争力得以将加强,同时将有利于中国未来的载人航天,以及月球计划。

同时由于地处沿海,火箭运输也可以打破只能使用铁路的限制(长征二号系列由于受到铁路运输限制,最大直径只能限制在3.5米)。另外,其发射方向1000公里范围内是茫茫大海,因此坠落的残骸不易造成意外。据业内人士称,文昌航天发射场并非中国现有发射场的翻版,而是在高起点上的创新发展,以世界航天领域内最先进的信息化、智能化、环境友好等理念贯穿建设过程,建成后,将成为一座综合发射能力强,安全性、可靠性和信息化程度高,生态环保,世界一流的现代化新型航天发射场,具有执行中国载人航天工程后续任务的能力。

美国肯尼迪航天中心:人类的“太空门户”

从世界范围来看,大概有接近20个左右的航天发射基地,它们虽然分属有限的几个航天大国(或航天主体),但却分布在了除南极洲以外的世界其他各大洲。

肯尼迪航天中心对外开放程度最高

肯尼迪航天中心地处北纬28度,西经80度的佛罗里达州东海岸梅里特岛卡纳维拉尔角地区,总占地面积560平方千米,主要向正东方向和东南方向发射小轨道倾角航天器。然而它最早的用途却是进行战略导弹试验,1962年7月它被改为军民两用发射基地。除了隶属于美国军方的设施外,肯尼迪航天中心主要由四个部分组成,工业区、39号发射中心和它的两个发射场LC-39A和LC-39B、飞行器组装建筑物和参观者中心。

目前发射指挥部在久负盛名39号发射中心,这里也是垂直装配间的所在地。整个垂直装配间高160米,面积为218x158米,外观看来非常壮观,在里面组装过四种不同火箭(包括土星5号运载火箭)和航天飞机的外部燃料箱和推进器的装配。

从垂直装配间有两条通向发射场A(在南边)和发射场B(在北边)的5.6千米长的路。这两条路是给运输组装好的火箭或航天飞机的运输车用的。肯尼迪航天中心共有两辆运输车,每辆重2721吨,载物面积为40x35米。它们是世界上第二大的可转向的履带车,它们能将垂直装配好的巨大火箭运送到发射场。它们的速度为1.6千米/小时,因此从组装建筑物到发射场它们需要5小时的时间。

垂直装配车间向南8千米处是肯尼迪航天中心的工业地区,那里有许多中心的支援设施和管理总部。除支援设施和管理总部外在工业区内还有国际空间站的太空站制造设备。比起世界上其它的航天发射中心,肯尼迪中心的特色之一是它拥有航天飞机的着陆设施,它位于组装建筑物西北约3.2千米处,有一条4572米长和91米宽的跑道。通过一条柏油路它与宇宙飞船处理厂相连。假如航天飞机不在肯尼迪航天中心降落的话它会被一架波音747背负运送到肯尼迪航天中心,然后直接在跑道上从飞机背上卸下来。


肯尼迪航天中心卫星航拍图。

美国的航天发射场好处之一便是它向普通民众的大尺度开放。乘旅游观光车参观绝对是个不错的选择。观光区每天上午10点开始参观,游览车每15至20分钟一趟,当然你要记得末班车时间是下午2点15分。游览车从参观区出发,行车花两个半小时,要经过两个巨大的发射台,世界上最大的垂直总装大楼,1750米长碎石铺就的航天飞机运输公路,巨大的履带运输车……车上随时播放着中心设施的影片,可爱而“专业”的司机甚至会停下来给你介绍飞走的雄鹰或其他正在奔跑的野生动物。不得不承认,这里不光是一个世界先进的航天发射场地,还是一处旅游观光的理想场所。

俄罗斯拜科努尔发射场:规模之大无人能及

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另一座同样著名的发射场是俄罗斯的拜科努尔发射场。它位于哈萨克斯坦中部的丘拉坦附近,距拜科努尔市有400千米之遥。1961年4月12日,加加林从这里发射进入太空后,西方就利用U-2侦察机知道了它的实际位置。但是前苏联进行登记时却选择了当地最大的城市拜科努尔来命名,并没有命名为丘拉坦发射场。

拜科努尔发射场曾经无与伦比地辉煌了半个世纪。1957年10月4日,苏联在此发射了世界上第一颗人造地球卫星;1961年4月12日,尤里·加加林乘坐“东方”1号载人飞船,从这里出发进入太空,成为人类飞天第一人;1974年4月19日,苏联在此发射人类第一个空间站“礼炮”1号;1988年11月15日,前苏联第一架航天飞机“暴风雪”号从这里起飞,其技术性能一点儿也不亚于美国的航天飞机;1998年11月20日,国际空间站的第一个舱体“曙光”号功能舱也是从这里发射升空的。

这个发射场目前正式名称为俄罗斯联邦拜科努尔航天中心,整个发射场面积达6717平方千米,南北75千米,东西90千米,居民6万人。该发射场主要任务是进行航天发射试验,发射载人飞船、空间站、星际站及其他航天飞行器。发射场有9个发射工位,15个发射装置,4个用于试验洲际弹道导弹发射装置,11个装配航天器、运载火箭和助推装置的车间和试验库,3个加油站。此外还有现代信息计算测量中心,医疗保健中心,热电厂,燃气涡轮发电站,氧气-氮气厂,2个飞机场,92个通信枢纽、470千米的铁路以及包括1281千米的公路。其规模之大,足以让我们瞠目结舌。

从1988年起,苏联就开始从拜科努尔撤出洲际导弹试验设施和人员。苏联解体后,发射场留在了哈萨克斯坦所有,拜科努尔受到严重破坏,部分设施遭到破坏性拆除,后因俄罗斯需要它来继续自己的航天计划,于是在1994年,俄哈签订了20年租用合同,年租金为1.15亿美元。近年来俄通过商业发射、航天旅游和国际合作创收几十亿美元,上百家航天企业得以生存。同时因火箭失事造成发射场周围环境的严重污染,哈政府数次暂停允许俄罗斯使用拜科努尔,俄罗斯不甘受制于人一度宣称要逐步撤出拜科努尔,但利用重型火箭发射地球同步卫星和载人飞船仍然要靠拜科努尔,2004年俄哈又签订新的协议,租期延长到了2050年,俄罗斯共计需要支付哈萨克斯坦64.4亿美元。51岁高龄的拜科努尔发射场还将继续为俄罗斯发挥余热,鞠躬尽瘁。

另外,俄罗斯拥有的另一著名火箭发射场普列谢茨克基地位于白海以南300公里的阿尔汉格尔斯克地区,是世界上发射卫星最多的发射场,发射次数占全世界总数一半以上。

欧空局库鲁航天发射场:低纬度最佳发射场地

对于欧空局来说,最重要的发射基地当属库鲁航天发射场了。法属圭亚那库鲁航天发射场也称圭亚那航天中心,位于西经52.37度、北纬5.08度,地处南美洲北部的法属圭亚那地区,在沿大西洋海岸的一片狭长草原上,占地长度60千米,宽20千米。

1965年,在法国国家航天中心(CNES)的倡议下,法国开始建造库鲁航天发射场, 1971年建成,共耗资5.2亿法郎,主要用于科学卫星、应用卫星和探空火箭的发射以及与此有关的一些运载火箭的试验和发射。发射场的各种设施沿大西洋海岸分布在库鲁和辛纳马里之间18千米长的狭长区内。早期仅进行探空火箭和“钻石”号运载火箭发射。1979年12月24日,“阿丽亚娜”(Ariane)运载火箭在这里首次发射成功,至今该系列发射成功率已达90%以上,独揽了全球一半以上的卫星发射市场。目前,这里建有“阿丽亚娜”第一、第二、第三发射场,欧洲有百余枚“阿丽亚娜”系列运载火箭都从这里发射,但是该发射中心迄今还没有承担过载人航天发射任务。

库鲁航天发射场所在地的人口、交通、气象条件等都较为理想,是世界公认的最佳火箭发射地点之一。它靠近赤道,纬度低,地理位置优越,面向大西洋从北到东可延伸形成一个巨大的发射扇形区,非常适合把卫星送入地球同步转移轨道。由于地球自转的速度会给航天火箭增加辅助的加速度,这样从库鲁中心发射的火箭可以节省燃料,提高有效载重,就同一种运载火箭而言,从库鲁发射比从拜科努尔发射的运载量可增加70%,这是它相对于其他知名发射场的主要优势。

其他国家的航天发射场

除了美国、俄罗斯、欧空局、中国等国家外,一些其他的国家也建造了自己的航天发射中心或场地。随着日本空间科学和应用技术的发展,日本已拥有两个航天发射中心——鹿儿岛航天中心与种子岛航天中心。它们都位于日本南部。

日本鹿儿岛航天中心隶属于日本宇宙科学研究所,位于北纬31°14′,东经131°04′45″,占地面积约0.71平方公里。是日本探空火箭和科学卫星运载火箭发射场。1963年投入使用。在海拔320米的高地上设有靶场控制中心、遥测接收机(配有18米的抛物面天线)、卫星无线电跟踪站和有效载荷总装车间。在海拔277米,设有几座卡帕和S火箭机动发射台,还包括一个炸药处理室。 另有海拔220米的缪火箭发射场,面积25000平方米。它拥有缪火箭服务塔、总装车间、发射控制掩体(离发射台约80米)、卫星测试车间、动平衡测试车间以及推进剂贮存库。缪火箭服务塔架为36米高的10层钢制结构,重350吨。整个服务塔架可沿直径为10米的圆形轨道回转。火箭在塔内的发射架上垂直组装好,然后,服务塔便转到发射方向。随后,发射架与火箭移出塔架并倾斜到一个合适的发射仰角(75°-80 °)准备发射。

隶属于日本宇宙开发事业团,是日本应用卫星发射中心,位于东经130度58分,北纬30度24分。中心的主要任务包括人造卫星的组合、测试、发射、和测控。基地也测试火箭的点火于发射。种子岛宇宙中心是日本最大的宇宙研究中心,中心内设有大、中、小型火箭发射场、综合指挥楼、火箭组装楼、液体引擎试验场和固体推进器试验场等主要设施;以及门仓光学观测所、宇宙之丘跟踪站、增田宇宙通信所等配套设施,用于追踪升空后的卫星,接收卫星的遥测数据,并把火箭和卫星的相关数据发送到综合指挥楼。

中心包括两个大的发射场:吉信射场和大崎射场。吉信射场有两个发射台,一个为发射2吨以下的飞船,另外一个为发射大型的飞船。吉信射场也支持用来作H-IIA运载火箭的点火试验。其它设施包括组合飞船建筑和雷达光电卫星测控站。种子岛在历史上曾经完成过日本的“辉夜姬”月球探测器的发射任务。

斯里哈里科塔发射场是印度最重要的航天发射中心。它位于印度东海岸的斯里哈里科塔岛上,在马德拉斯北部100公里处,地理坐标为北纬13度47分,东经80度15分。这里气候受西南季风和东北季风影响,10、11月份是大雨季节,但一年内多数月份阳光充足,天气晴朗,可以进行室外静态试验和发射试验。1971年10月9日和10日斯里哈里科塔发射场开始正式投入使用。 此外,韩国、巴西、南非等国家的航天事业或刚刚起步、或步入正轨、或雄心勃勃、或小心翼翼,都在世界航天界逐步开始了争取一席之地,建设自己的发射场。

结语

中国的现有的酒泉、西昌等三大航天发射场在选址、建设和规模上,都是从中国航天工业的近年来的实际需求出发,与特定时期的国际环境相适应的,在中国航天史上占据重要位置。在技术方面,垂直组装、垂直测试、垂直发射的“三垂”发射技术已经看齐了国际先进水平,航天发射的频度也已经达到了平均20多天就发射一发火箭,这使得它们在世界最重要的航天发射场中得以占据一席之地。但由于建设年代较为久远,发射潜力一般。另一方面,中国缺少低纬度发射场的短板,也将在2013年海南文昌发射基地建成后得到修补。届时,在现有的技术条件下,中国的火箭运载能力可提高10%至15%,使“长征”系列火箭与欧洲的“阿丽亚娜”火箭同级竞争成为可能。同时,中国的火箭也能打破只能经铁路运输的限制,有机会研发直径更粗的火箭。


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