宇宙征程的“起點”

毛新愿

運載火箭的發(fā)射是一項復雜且精密的工作?；鸺耐七M劑（燃料）特殊，有液氧、四氧化二氮、煤油、液氫、液態(tài)甲烷、聯(lián)胺等不同種類，不同推進劑對加注環(huán)境和儲備條件的要求截然不同。此外，航天任務通常需要火箭快速到達指定軌道，因而有的火箭須盡量利用地球自轉慣性，幫助航天器飛往順行軌道;有的則要克服地球自轉慣性，幫助航天器飛往大傾角逆行軌道。不僅如此，火箭一般是多級的，這就意味著它的發(fā)射伴隨著殘骸的脫落，大部分殘骸的飛行高度低、速度慢，基本上都會落回地球。那么，如果這些殘骸砸到人怎么辦呢？航天專家們需要考慮許多因素，選擇合適的發(fā)射場和發(fā)射方式，以確保發(fā)射任務萬無一失。

當然，沒有任何一個發(fā)射場和發(fā)射方式是完美無瑕的，一些航天大國甚至需要建設多個發(fā)射場來適配不同的發(fā)射任務。下面我們就來盤點一下各種類型的航天發(fā)射場。

1.內陸發(fā)射場

建立在陸地上的發(fā)射場優(yōu)點非常多，如占地面積大、戰(zhàn)略縱深充足、國防軍事安全有保障、配套設施規(guī)模大且完善、交通條件和支援措施豐富等，毫無疑問，內陸發(fā)射場是航天發(fā)展初期的重要選擇。拜科努爾發(fā)射場，我國的酒泉、太原和西昌三大衛(wèi)星發(fā)射中心都處在內陸地區(qū)。

按照不同航天任務的發(fā)射需求，內陸發(fā)射場的選址有所不同。絕大部分航天任務都要求航天器飛往順行軌道（傾角為0～90度，自西向東）。而發(fā)射場緯度越低，能夠利用到的地球自西向東的慣性速度越大，比如在赤道上地球的自轉速度約為466米/秒，到了緯度為30度的地區(qū)地球自轉速度為403米/秒，再到緯度為60度的地區(qū)時地球自轉速度就只有233米/秒了，因此同一任務由于所處緯度不同，對火箭推進劑級別的需求差異較大。所以，我國傳統(tǒng)三大發(fā)射場中最南邊的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心就成為北斗導航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、嫦娥探測器等高軌任務的核心基地。

對于要求航天器飛往逆行軌道（傾角為90度以上，自東向西）和極地軌道（傾角為90度）的任務來說，火箭發(fā)射反而需要克服地球的自轉慣性或使其對地球自轉慣性不那么敏感，這就有必要選用更高緯度的發(fā)射場。普列謝茨克發(fā)射場、太原衛(wèi)星發(fā)射中心都是執(zhí)行這類發(fā)射任務的。普列謝茨克發(fā)射場已經接近北極圈，這里適合發(fā)射前往太陽同步軌道和極地軌道的探測器。

為了保障航天員的安全，載人航天任務往往對發(fā)射場的支援配置要求極高，如必須具備技術服務、測試演練、發(fā)射平臺、后勤保障、通信測量、氣象臺、航天員區(qū)域、交通運輸、指揮中心等多個區(qū)域，還要配合全球的測控通信網、再入返回著陸場要位于本國境內等。拜科努爾發(fā)射場、酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心、肯尼迪航天中心和卡納維拉爾角空軍基地都是世界范圍內僅有的可以實現(xiàn)載人航天任務的發(fā)射場。

2.濱海發(fā)射場

濱海發(fā)射場依然處于陸地上，只不過它至少有一面臨海。因為處于內陸中心的發(fā)射場有個很大的缺陷，即殘骸落區(qū)位于內陸很容易對人類生活造成影響。在不可回收火箭仍為主流的今天，這是所有航天任務都無法回避的問題。

針對落區(qū)問題，濱海發(fā)射場的優(yōu)勢非常明顯，因為火箭殘骸掉落海洋就能避免其對人類生活的影響。美國由于地理位置和軍事實力的優(yōu)勢，幾乎所有發(fā)射場都是濱海發(fā)射場。白沙導彈靶場距離太平洋和墨西哥灣都不遠，肯尼迪航天中心和卡納維拉爾角空軍基地建在大西洋西海岸，一般執(zhí)行順行軌道任務，火箭殘骸掉落大西洋中;范德堡空軍基地靠近太平洋東海岸，一般執(zhí)行逆行軌道任務，火箭殘骸掉落太平洋中。此外，歐洲的法屬圭亞那發(fā)射場建在大西洋西海岸，地理位置得天獨厚;日本的種子島發(fā)射場位于日本南端，遠離本土，四面環(huán)海。

我國選擇把第四個火箭發(fā)射基地建在海南文昌有幾個重要原因：一是海南省的緯度低，在這里發(fā)射火箭能夠更大程度地利用地球自轉慣性;二是海南省幾乎四面環(huán)海，在東、西、南三個方向上，殘骸落區(qū)問題都能被完美解決;三是我國新一代火箭需要新的配套設施，傳統(tǒng)發(fā)射場的配套設施很難更新;四是長征五號這類大型火箭（芯級最大直徑為5 米），無法經過傳統(tǒng)鐵路運輸?shù)诌_內陸發(fā)射場，但可經由航天運輸船從海上運輸?shù)胶Ｄ衔牟l(fā)射中心。由此可見，我國之所以新建海南文昌發(fā)射中心也與殘骸落區(qū)問題有關。

3.天基發(fā)射場

天基發(fā)射場承擔的發(fā)射任務說起來很簡單，就是從太空中發(fā)射有效載荷。航天飛機從功能定位上來說也可以被叫作“天基發(fā)射場”。一方面，航天飛機中的航天員可以直接利用機械臂將攜帶的有效載荷拋出去，實現(xiàn)“發(fā)射”;另一方面，航天飛機把有效載荷運送到環(huán)繞地球軌道后，這些航天器也可以啟動自帶的強力上面級（上面級本質上是一種火箭），推動航天器直接從近地軌道“發(fā)射”至高軌道，或到更遠的地方執(zhí)行深空探測任務。

1998年，大名鼎鼎的伽利略號木星探測器就是被亞特蘭蒂斯號航天飛機送入近地軌道，隨后“慣性上面級”把它送入了前往木星的軌道。麥哲倫號金星探測器、尤利西斯太陽探測器、錢德拉太空望遠鏡等眾多知名深空探測器都使用了天基發(fā)射場。

放眼望去，空間站就是個大型的“發(fā)射平臺”，而且發(fā)射方式很簡單，只要使用機械臂將有效載荷扔出去即可。一般情況下，貨運飛船可以打包運送很多有效載荷前往空間站，航天員在對有效載荷進行調試后，即可實現(xiàn)一次“發(fā)射”任務。國際空間站經常發(fā)射小衛(wèi)星，天宮二號空間實驗室也釋放過伴飛衛(wèi)星。等到2022年我國天宮空間站建成后，從那里“發(fā)射”衛(wèi)星也將成為常態(tài)。

4.海上發(fā)射場

海上發(fā)射場一般會建在位于小島的軍事基地上，此外還可以建為移動的海上平臺。2019年，中國就利用長征十一號火箭完成了首次海上發(fā)射。不過，海上移動平臺也有自身的缺點，比如它的面積不會特別大、功能不會太全面，一般僅能發(fā)射中小型火箭。

5.空基發(fā)射場

空基發(fā)射就是把火箭放到大型飛機上，拋下去、點火、發(fā)射、入軌。所謂空基發(fā)射場其實已經沒有“發(fā)射場”的意義，但它的作用還是非常明顯的，比如能夠為火箭節(jié)省推進劑、機動能力極強、幾乎不受任何戰(zhàn)略戰(zhàn)術威脅、能夠完美解決殘骸落區(qū)問題、反應速度快、發(fā)射頻率高等。

空基發(fā)射優(yōu)點不少，但飛機畢竟是有能力上限的，不可能運送大中型火箭，也基本不可能運送液體燃料火箭。這種“發(fā)射場”和空基發(fā)射方式，更多是作為技術戰(zhàn)略儲備，以備不時之需。目前，僅有美國的飛馬座空基發(fā)射火箭在服役。

6.水下發(fā)射場

水下發(fā)射主要是對戰(zhàn)略核潛艇和潛射戰(zhàn)略導彈進行技術測試。根據目前的信息，世界上僅有美國和蘇聯(lián)進行過此類發(fā)射測試。這種發(fā)射方式的安全性和隱蔽性很好，但顯然不可能發(fā)射大型載荷，所以基本上也是作為戰(zhàn)略儲備存在。

除了內陸發(fā)射場和濱海發(fā)射場以外，其余的發(fā)射場目前更多還是作為戰(zhàn)略儲備存在，它們豐富了一個國家的運載火箭發(fā)射體系，甚至開創(chuàng)了新的發(fā)射方式，為人類探索宇宙的征程奠定了堅實的基礎。