太空飛行器發射場(宇航發射場):產生背景,發展動態,國內,國外,場地組成,選址條件

太空飛行器發射場

宇航發射場一般指本詞條

太空飛行器發射場是發射太空飛行器的特定區域，通常由測試區、發射區、發射指揮控制中心、綜合測量設施、各勤務保障設施和一些管理服務部門組成。場區內有整套試驗設施和設備，用以裝配、貯存、檢測和發射太空飛行器，測量飛行軌道，傳送控制指令，接收和處理遙測信息。太空飛行器發射場多數是由火箭（飛彈）試驗場改建或擴建成的，它的組成和功能與飛彈試驗靶場基本相同，有的是根據航天試驗的特殊需要專門建造的，通常建在人煙稀少、地勢平坦、視野開闊、氣候和氣象條件適宜的地方，並且應考慮所發射方向的主動段航區上沒有大城市、重要工程。

基本介紹

中文名：太空飛行器發射場
外文名：Spacecraft launch site
類型：發射太空飛行器的特定區域
地勢選擇：人煙稀少，氣候和氣象條件適宜
舉例：酒泉、甘迺迪航天發射場

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產生背景

隨著衛星、飛船的不斷升空，月球、火星探測的不斷升溫，世界各大航天發射場也不斷出現在人們的視線中。航天發射場是為保障航天運載火箭的裝配、發射前準備、發射、彈道測量、傳送指令以及接收和處理遙測信息而專門建造的一整套地面設備、設施和建築，是一個國家航天能力的重要組成部分。世界上早期的航天發射場基本上都是由飛彈靶場演變而來的。

發射場場址的選擇有著十分複雜的綜合性要求，其既要在雷雨少、濕度小、風速低、溫差變化不大的地方，又要有豐富的水源，並且應在儘量靠近赤道的低緯度地區；既要有方便的交通條件，但又應遠離人口稠密的地區，從而縮小出現發射失敗所造成的地面損失；大部分發射場的發射方向都是朝東的，這主要是為了利用地球的自轉角速度，節約火箭能量。

隨著航天事業的飛速發展，衛星發射需求日益增加，一些國家開始在第一批發射場使用經驗的基礎上，建設更加完善的航天發射工位和發射場，專供發射各種衛星、空間站、載人飛船及太空梭等使用，同時，停用某些條件有限、任務不足的發射場；一些國家根據本國航天發展的需要，也興建了一批現代化的航天發射場。

太空飛行器發射是一個系統工程，涉及運載火箭、有效載荷、發射場、測控、通信、氣象等多個系統。總體上航天運載技術向著大型化和小型化兩極發展，系統結構上向標準化、通用化、模組化方向發展；從資源利用和經濟效益上考慮，向著無毒、低污染、低成本、更加安全可靠方向發展，一些新概念推進技術（如天梯、磁懸浮、雷射推進）也在研究之中。這些技術的發展對航天發射場測試發射技術發展提出了新的要求。

發展動態

國內

20世紀50年代以來，我國的航天事業快速發展，取得了一系列成就，載人航天取得階段性突破，繞月探測工程圓滿成功；空間套用體系初步形成，套用領域進一步拓寬，套用效益顯著提高。

1996年10月至2008年6月，“長征” 系列運載火箭連續65 次發射成功，新型運載火箭多項關鍵技術取得重要突破。三大航天發射場建設取得新的進展，綜合試驗和發射能力得到進一步提高。酒泉衛星發射中心率先採用了新的一體化地面測試發射系統。該系統是採用前後端分布的格局，由發控、測控、數傳網路、無線遙測數據處理、地面電源、地面電纜網、產品等效器、套用軟體等部分組成。配置了以VXI匯流排技術為主研製的智慧型一體化火箭產品等效器，實現了硬體、軟體產品的“模組化、通用化、系列化” 。只要用一套一體化的測試發射控制系統就能完成對箭上控制系統、遙測系統、外測安全系統和動力電磁閥的測試控制及點火發射，改變了原來要有好幾套測試設備的情況，同時又具備緊急情況下應急控制的能力。

自2004年開始，西昌衛星發射中心開始CZ-3A系列火箭遠距離測試發射系統建設，系統由技術區後端設備和發射區前端設備構成，套用了新的網路交換、信息採集與處理、自動控制技術，能夠實現遠距離測試發控，極大地提高發射場測試設備的“三化”水平，發射場安全性、工作效率和資源利用率均得到了提高。可以看出國內發射場正朝一體化方向發展。

2023年1月，中國首個開工建設的商業航天發射場——位於海南省文昌市的海南商業航天發射場，1號工位已基本完成前期土建工程，開始進行設備安裝施工。

截至2023年5月，中國載人航天工程辦公室已全面部署開展各項研製建設工作，包括研製新一代載人運載火箭（長征十號）、新一代載人飛船、月面著陸器、登月服等飛行產品，新建發射場相關測試發射設施設備等。

國外

（1）發射場址儘量選擇低緯沿海地區，建有多個發射工位。國外發射場儘量選擇低緯度沿海地區，以提高運載火箭的運載能力，並使火箭航區和殘骸遠離人口稠密地區，如庫魯發射場位於北緯5°14′低緯地區。發射場建有多個發射工位，可滿足不同發射試驗需求，甘迺迪航天中心共有14個發射區，拜科努爾發射場也有15個發射塔架等。

（2）發射場多元化管理體制並存、商業化運作增強。國外發射場最初大多採用軍事化管理，隨著世界經濟一體化的發展、各國航天套用需求的擴大及航天商業發射市場的形成和發展，發射場管理體制逐漸走向軍事、民用和商業化管理模式並存的格局。如俄羅斯拜科努爾發射場由航天局和航天兵部隊共同管理，國內發射場則由航天兵部隊管理。美國則是軍方航天發射場和商業航天發射場並存。歐洲的航天發射場在各國政府的支持下採用商業運營體制。目前，世界上還出現了完全商業化的發射設施，例如美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威4國公司聯合參股的海上發射公司。

（3）發射場建設呈現國際合作趨勢。航天事業是一項高投入、高風險的事業，在航天領域開展大範圍、寬領域、多層次的國際合作，能夠更好地發揮合作各方的優勢，達到優勢互補、資源共享的效果。美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威4國聯合組建的海上發射公司，自1999年以來，已成功發射十餘次。國際發射服務公司由美國和俄羅斯組成，客戶可以選擇“質子”號火箭或“宇宙神”火箭分別在拜科努爾或卡拉維爾角發射衛星。2003年10月21日，烏克蘭與巴西簽署了一項長期航天合作協定。雙方將利用烏克蘭的“旋風-4”型火箭在巴西阿爾坎塔拉發射場提供商業衛星發射服務。

（4）從改造與新建兩方面推進發射場現代化。近年來，為適應有效載荷尤其是商業有效載荷的發射需求，同時也為配合新型運載火箭的研製發展，世界主要航天大國掀起了新建和改建航天發射設施的熱潮。俄羅斯為了解決國內發射場只能發射輕型和中型運載火箭，而沒有大型運載火箭發射設施的問題，目前正在普列謝茨克和斯沃博德發射場內各建一個“安加拉”大型運載火箭發射工位。1999年10月，洛克希德· 馬丁公司炸毀了原41號發射台的鋼結構活動勤務塔和鋼結構臍帶塔，以便於建造新的發射設施，適應發射可靠性更高的“宇宙神5”系列運載火箭。

（5）整體組裝、測試、轉運與遠距離測發控已成為主流。目前，國際上主要採取“兩平兩垂” 、“一平兩垂” 、“三垂” 、“三平”4種測試發射模式。對運載火箭、太空飛行器的測試發射控制，主要有近距離測發控（測試、發射、控制）、遠距離測發控兩種模式。從目前的情況來看，遠距離測試發射控制和整體組裝、整體測試、整體運輸模式已成為航天發射場的技術發展趨勢。

（6）強化技術區、簡化發射區。目前，各國航天發射場大都採取整體組裝、整體測試、整體運輸的測試發射模式，對航天運載器進行的組裝、準備和測試一般都集中在技術準備區進行，改變了在發射場上對太空飛行器、運載器進行分級安裝的做法。技術區採用多工序並行作業，運載火箭、助推器、有效載荷分別在不同的廠房進行組裝測試。發射區一般只做推進劑加注和射前檢查等工作，極大地減少了發射區工作量，提高了發射區利用率。

美國“阿里安5”在發射工位停留、準備的時間為7-9h，日本H-2A火箭在發射工位停留的時間為1d 。前蘇聯由於採取“三平”方式，所以總裝好的運載火箭運到發射區後一般需要停留3d 。第一天起豎、測試，第二天休息，第三天加注發射。在任務緊急的情況下也可當日發射，即把3d 的工作內容在14h內完成。

（7）發射場設施設備向通用化方向發展、採用自動測試發射技術。美國、俄羅斯、日本的發射場採用了部分操作自動化技術，如加注管路自動對接、自動加注等，其中俄羅斯自動發射技術水平最高。由於俄羅斯的發射區功能相對單一，為火箭的自動發射提供了條件。

目前，由澳大利亞和俄羅斯合作經營的亞太航天中心“曙光女神號”發射系統正在建設之中，其發射設施具有較高的自動化程度。火箭一上發射台，就起豎並對接上連線器，隨後與勤務塔和臍帶塔連線，經過2-3d的自動化檢查和測試後撤離人員，開始自動進行加注並由控制區進行監控。發射過程的工作也依託自動化測試發控系統實施程式自動控制。

場地組成

通常由測試區、發射區、發射指揮控制中心、綜合測量設施、各勤務保障設施和一些管理服務部門組成。某些太空飛行器發射場還包括助推火箭或運載火箭的第一級工作完成後的墜落區和再入太空飛行器（如太空梭的軌道器）或回收艙的著陸（濺落）區。

太空飛行器發射場的全部設備分為專用技術設備和通用技術設備。

（1）專用技術設備包括：運輸設備、起重裝卸設備、裝配對接設備、地面供電設備、地面檢測和發射用電氣設備、自動控制設備、推進劑貯存和加注設備、廢氣和廢液處理設備、發射勤務設備、遙控和監控設備、測量和數據處理設備。

（2）通用技術設備有：動力、通信、氣象、計量、給排水、供氣、消防、修理等設備。固體火箭的太空飛行器發射場設有專門的固體火箭裝配廠房及其輔助設施。太空梭發射場，還設有軌道器返回著陸設施（如跑道和其他著陸設施），設有軌道器檢修、裝卸載荷、有毒燃料處理等設施和設備，以便修整後重複使用。

綜合測量設施

監測運載火箭和太空飛行器各系統工作狀況的多功能綜合設施，包括:計算中心、航區測控站和測量船。測控站、測量船布設在運載火箭和太空飛行器飛行航區的沿線，裝備有測量設備、時間統一勤務設備、通信和電視設備、信息處理設備和遙控設備以及相應的輔助設備。測量設備有無線電遙測接收設備、無線電彈道測量設備、光學（雷射、紅外）測量設備等。測量站對獲得的運載火箭和太空飛行器彈道參數、遙測信息、電視圖像進行處理、顯示和記錄，同時傳送給計算機中心和發射指揮控制中心處理、顯示、判斷，然後傳送到航天控制中心。

勤務保障設施和管理服務部門

包括：各種推進劑、低溫液體和潤滑材料貯存庫，生產液氧、液氦和液氫的工廠，通信設施，氣象保障設施，供電、供水設施，大地測量部門，行政管理部門，後勤保障部門等。這些勤務保障、管理服務設施和居住區通常建在離發射區較遠的地方。

選址條件

航天發射場場址的選擇是發射場規劃建設的基礎和先決條件，其選擇是否正確得當、科學合理，直接關係到發射場規劃建設與投資、發射試驗能力、技術與經濟效益和可持續發展能力等各項重要技術指標。

太空飛行器發射場的位置根據太空飛行器發射試驗技術的特點和安全要求選定。運載火箭發動機所用的推進劑多有毒性，易燃和易爆，火箭發動機點火後噴出的有害氣體會污染周圍的環境，助推火箭或運載火箭的第一級在完成工作後墜落地面，或因故障和失誤造成發射失敗，都會對地面生命財產構成嚴重威脅。因此，通常把太空飛行器發射場選在人口稀少，地勢平坦，視野開闊，地質、水源、氣候和氣象條件適宜的內陸沙漠、草原或海濱地區，也有建在山區或島嶼上的。地球自轉的影響也是選址的考慮因素。特別是發射地球靜止衛星或小傾角軌道太空飛行器的發射場，宜選建在地球赤道附近或低緯度地區。這樣的地區比較容易獲得小傾角軌道，能減少遠地點變軌所需要的能量，縮短從發射點到入軌點的航程。法國蓋亞那航天中心就是根據這一考慮選址的。

法國蓋亞那航天中心

任何一個航天發射場場址的選擇，主要都是以太空飛行器、運載火箭的發射使用需求作為選址建設的出發點和基礎的。因此，太空飛行器和運載火箭的發射使用要求與需求分析是發射場場址選擇應遵循的最基本原則，主要包括9 個方面：①航天發射任務的性質與任務類型；②太空飛行器與運載火箭類型，結構尺寸、質量與運輸要求；③使用的推進劑類型、種類與加注要求；④發射飛行軌道與射向範圍要求；⑤發射周期與年發射能力要求；⑥氣象與環境條件要求；⑦地面技術支持與保障要求；⑧發射控制與首區、航區、殘骸落區安全要求；⑨測量控制與通信要求。

十大發射場

（1）甘迺迪航天中心

美國最大的載人航天基地，成立於1962年7月，位於美國佛羅里達州卡納維拉爾角。其優勢是發射場緯度較低，向東發射火箭，可藉助地球自轉來提高火箭的運載能力，有助於衛星入軌；附近的海島還可用作理想的跟蹤測量站站址；發射方向面臨大海，沒有人口密集的憂慮，飛行中的火箭萬一出現故障，也不會造成嚴重的安全問題。甘迺迪航天中心是美國宇航局進行載人與不載人太空飛行器測試、準備和實施發射的最重要場所，從這裡進行的太空飛行器發射任務，包括了美國所有向地球同步軌道的發射任務，發射過“阿波羅” 飛船、“天空” 實驗室、不載人行星和行星際探測器以及科學、氣象、通信衛星等。

甘迺迪航天發射中心

（2）西部航天和飛彈試驗中心

成立於1964年5月，曾是空軍試驗靶場，1979年10月改為現名，是美國最重要的軍用航天發射基地，主要用於戰略飛彈、武器系統試驗和各種軍用衛星、極軌衛星的發射。其位於美國西部洛杉磯北面的西海岸，占地近400平方千米，場區全為起伏的丘陵。它有跨越太平洋直達夸賈林島區的8000千米航線，以及十分完善的落點定位系統，主要用於戰略飛彈武器試驗、武器系統作戰試驗和發射各種軍用衛星、極地衛星等。