這里是衛(wèi)星升空的發(fā)祥地
—— 拜科努爾、肯尼迪、種子島、庫(kù)魯航天發(fā)射中心簡(jiǎn)介

● 文|王建蒙

這里是衛(wèi)星升空的發(fā)祥地
—— 拜科努爾、肯尼迪、種子島、庫(kù)魯航天發(fā)射中心簡(jiǎn)介

● 文|王建蒙

火箭升空，衛(wèi)星入軌，飛船遨游太空，這些航天活動(dòng)無(wú)一不是由推力巨大的運(yùn)載火箭在航天發(fā)射場(chǎng)伴隨著烈焰轟鳴送入太空的。人們?cè)陉P(guān)注衛(wèi)星、飛船、航天飛機(jī)的同時(shí)，對(duì)這些航天飛行器的發(fā)祥地充滿著好奇。

拜科努爾航天發(fā)射中心

位于哈薩克斯坦境內(nèi)的拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)是世界上最大的航天發(fā)射中心之一（見(jiàn)圖1）。這個(gè)發(fā)射中心興建于1955年，自1957年10月4日發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星、1961年4月12日第一艘載人宇宙飛船送航天員加加林遨游太空后，隨著火箭一次次頻繁的轟鳴升空，幾十年來(lái)一直為世人所關(guān)注。

拜科努爾航天發(fā)射中心位于哈薩克境內(nèi)的丘拉塔姆地區(qū)。發(fā)射場(chǎng)東西長(zhǎng)約80km，南北約30km，中心坐標(biāo)東經(jīng)63°20′，北緯46°，擁有13個(gè)發(fā)射臺(tái)，可以發(fā)射載人航天器、大型運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)及多種型號(hào)的導(dǎo)彈。無(wú)論是從發(fā)射場(chǎng)規(guī)模，還是從發(fā)射航天器和導(dǎo)彈的數(shù)量來(lái)講，都是世界上航天器發(fā)射最頻繁、發(fā)射數(shù)量最多的發(fā)射場(chǎng)。為了完成對(duì)航天器的跟蹤測(cè)量，在沿西伯利亞直到太平洋的一萬(wàn)多公里的航線上設(shè)置有諸多航天跟蹤測(cè)量站。

聯(lián)盟號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射設(shè)施是拜科努爾航天發(fā)射中心迄今發(fā)射數(shù)量最多的發(fā)射場(chǎng)。這里曾經(jīng)發(fā)射過(guò)東方號(hào)、上升號(hào)、聯(lián)盟號(hào)三種系列的載人飛船。其中聯(lián)盟號(hào)、聯(lián)盟T、聯(lián)盟TM載人飛船已經(jīng)發(fā)射了一百余艘，由這里進(jìn)入太空的除蘇聯(lián)和俄羅斯的航天員以外，還有蒙古、越南、法國(guó)、日本等國(guó)的多名航天員。

運(yùn)載聯(lián)盟號(hào)飛船的聯(lián)盟號(hào)火箭總長(zhǎng)49.5m，芯級(jí)直徑3m，連同助推器尾部直徑10.3m，起飛推力494t。其基本測(cè)試發(fā)射工作流程為：飛船與運(yùn)載火箭由生產(chǎn)廠運(yùn)到發(fā)射場(chǎng)、在聯(lián)盟號(hào)專用的技術(shù)測(cè)試廠房?jī)?nèi)，由發(fā)射場(chǎng)的軍隊(duì)人員負(fù)責(zé)進(jìn)行分系統(tǒng)測(cè)試（不在發(fā)射場(chǎng)進(jìn)行單元儀器測(cè)試）、總裝后的水平測(cè)試、飛船裝上防護(hù)罩后與應(yīng)急逃逸救生裝置對(duì)接、將檢驗(yàn)合格后的火箭與飛船吊裝至鐵路運(yùn)輸車上，整體運(yùn)至發(fā)射區(qū)，用車上的專用裝置將火箭和飛船整體起豎到發(fā)射臺(tái)上。發(fā)射勤務(wù)塔高57m，上有8層圓環(huán)形工作平臺(tái)和兩部電梯。整個(gè)發(fā)射塔由一分為二的一對(duì)可傾斜式塔架和四個(gè)支撐臂組成。聯(lián)盟系列運(yùn)載火箭根據(jù)不同用途對(duì)其結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行靈活組合，是世界上使用時(shí)間最長(zhǎng)、發(fā)射次數(shù)最多的多用途運(yùn)載火箭，自1966年首次發(fā)射以來(lái)，完成了大約1500余次發(fā)射。

能源—暴風(fēng)雪號(hào)航天器發(fā)射設(shè)施堪稱世界之最。能源號(hào)運(yùn)載火箭和暴風(fēng)雪號(hào)航天飛機(jī)均在各自專用測(cè)試廠房?jī)?nèi)進(jìn)行技術(shù)測(cè)試和裝配。在總體裝配廠房?jī)?nèi)進(jìn)行水平總裝，將四個(gè)助推火箭水平裝配在芯級(jí)火箭上，然后再將航天飛機(jī)水平吊起馱到火箭的“背”上用專用鐵路運(yùn)輸車直接從測(cè)試廠房開(kāi)往發(fā)射場(chǎng)。拜科努爾發(fā)射場(chǎng)有兩個(gè)可供發(fā)射能源—暴風(fēng)雪號(hào)的發(fā)射工位，兩個(gè)發(fā)射工位相距不足兩公里。每個(gè)發(fā)射工位有兩座64米高的固定塔架分別立于發(fā)射臺(tái)兩側(cè)，一座主要用于航天員進(jìn)艙和操作人員的緊急逃逸救生，另一座主要用于推進(jìn)劑加注，還有一座可沿弧形軌道靈活運(yùn)行的活動(dòng)塔架，主要用于為航天飛機(jī)加注推進(jìn)劑，這三座塔架均有可供操作人員工作的操作平臺(tái)。

圖1　聯(lián)盟號(hào)火箭在俄羅斯拜科努爾發(fā)射場(chǎng)實(shí)施發(fā)射前的準(zhǔn)備工作

肯尼迪航天飛機(jī)發(fā)射場(chǎng)

美國(guó)肯尼迪航天飛機(jī)發(fā)射場(chǎng)始建于1962年7月，是為實(shí)施阿波羅登月計(jì)劃而建造的。20世紀(jì)70年代的太空實(shí)驗(yàn)室也在這里發(fā)射（見(jiàn)圖2）。之后經(jīng)技術(shù)改造，則專門(mén)用于航天飛機(jī)試驗(yàn)和發(fā)射。完成歷史使命載入世界航天歷程光輝史冊(cè)的135次航天飛機(jī)發(fā)射，全部都源自于這里。這里是當(dāng)時(shí)美國(guó)乃至世界最大、航天發(fā)射最為繁忙的載人航天基地。

肯尼迪航天飛機(jī)發(fā)射場(chǎng)位于美國(guó)東南端佛羅里達(dá)半島東海岸的卡納維拉爾角。發(fā)射場(chǎng)建在這里有三個(gè)有利條件：一是這里位于美國(guó)緯度最低的位置，可以借助地球自轉(zhuǎn)來(lái)提高火箭的運(yùn)載能力；二是東南射向8000多公里航線上島嶼星羅棋布，是理想的跟蹤測(cè)量站站址；三是射向面臨大海，沒(méi)有人口密集的憂慮，飛行中的火箭萬(wàn)一出現(xiàn)故障也不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的安全問(wèn)題。

圖2　美國(guó)航天飛機(jī)在肯尼迪航天飛機(jī)發(fā)射場(chǎng)完成技術(shù)測(cè)試，由檢測(cè)大樓運(yùn)往發(fā)射臺(tái)

這里，除龐大的航天飛機(jī)檢測(cè)裝配大樓和39A、39B發(fā)射工位外，還有發(fā)射控制中心、軌道器處理設(shè)施、軌道器著陸設(shè)施以及水運(yùn)碼頭、推進(jìn)劑貯存庫(kù)、跟蹤測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、航天員醫(yī)療訓(xùn)練等比較齊全的配套設(shè)施。

檢測(cè)裝配大樓是用于飛行器分級(jí)和整體測(cè)試、裝配的設(shè)施，大樓長(zhǎng)218m，寬157m，高160.2m，相當(dāng)于50多層樓的高度。大樓使用面積約34200m2，內(nèi)部容積360萬(wàn)m3。大樓為鋼架結(jié)構(gòu)，外包絕熱層和鋁板壁，南北兩側(cè)的墻壁鑲有可透明的玻璃纖維板。為了這樣龐大的建筑物穩(wěn)固，大樓地基使用了4225根鋼柱打入地下52m深處的巖床上。大樓由高跨和低跨廠房?jī)刹糠纸M成。其中高跨廠房長(zhǎng)135m，寬157.86m，高160.2m，里面有4個(gè)測(cè)試間，每個(gè)測(cè)試間里都可以測(cè)試裝配一艘完整的土星5和阿波羅飛船。低跨廠房長(zhǎng)84m，寬135m，中央部分高64m。這座大樓里設(shè)有起重能力1～250t的各種起重設(shè)備共141部。在高跨廠房?jī)?nèi)的2臺(tái)250t橋式吊車的提升高度為140m，使用電子控制裝置可使其最慢速度控制在0.03m/s。另外，還有完備的檢測(cè)設(shè)備、環(huán)境控制系統(tǒng)和供水、供電等保障系統(tǒng)。

發(fā)射勤務(wù)塔上設(shè)置了緊急救援逃逸系統(tǒng)，當(dāng)航天員進(jìn)入航天飛機(jī)出現(xiàn)意外時(shí)，可以使用滑索吊籃在兩分鐘內(nèi)從塔頂滑到地面并進(jìn)入防護(hù)掩體。塔上有5條從塔頂直接延伸到地面的滑索，每條滑索上掛兩個(gè)吊籃，滑索長(zhǎng)366m，滑索之間距離為6m，航天員乘吊籃從滑索滑下地面后可迅速進(jìn)入掩體中。

航天飛機(jī)發(fā)射指揮控制中心是一棟三層樓建筑，設(shè)有4個(gè)發(fā)射控制室，齊備的測(cè)試、控制、監(jiān)視等系統(tǒng)可以單獨(dú)對(duì)火箭和航天器進(jìn)行檢測(cè)和發(fā)射控制。

航天飛機(jī)軌道器著陸的降落跑道是世界上最大的飛行器跑道。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的跑道建在裝配大樓西北約3.2km處，呈東南—西北走向，長(zhǎng)約4800m，寬91m，兩端各有305m長(zhǎng)的安全區(qū)。在跑道東南邊還設(shè)有一個(gè)長(zhǎng)168m、寬150m的停機(jī)坪。軌道器著陸設(shè)施還包括若干輔助設(shè)施，如導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、著陸校準(zhǔn)設(shè)備、目標(biāo)瞄準(zhǔn)點(diǎn)和風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量顯示系統(tǒng)等。

軌道器處理設(shè)施由兩座面積為2703m2的高跨廠房和一座面積為2323 m2的低跨廠房組成，廠房?jī)?nèi)配有起重設(shè)備，氮?dú)?、氦氣、氧氣、壓縮空氣，電子設(shè)備、機(jī)械電氣設(shè)備、防熱系統(tǒng)維修設(shè)備等。

種子島航天發(fā)射中心

日本擁有兩個(gè)航天發(fā)射中心，一個(gè)是鹿兒島航天發(fā)射中心，作為日本科學(xué)衛(wèi)星發(fā)射基地，由文部省宇宙科學(xué)研究所管理，另一個(gè)是種子島航天發(fā)射中心（見(jiàn)圖3），作為日本應(yīng)用衛(wèi)星發(fā)射基地，由日本宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)管理，這兩個(gè)航天中心之間相距大約100km。

種子島航天發(fā)射中心位于九州南端的種子島，地理坐標(biāo)為東經(jīng)130°58′，北緯30°37′。種子島南北長(zhǎng)58km，島上屬亞熱帶海洋氣候，年降雨量達(dá)2000mm以上，秋夏兩季常有臺(tái)風(fēng)襲擊。

當(dāng)時(shí)的日本宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)結(jié)合日本的具體地理限制條件，從運(yùn)載火箭射向、航區(qū)安全、跟蹤測(cè)量等技術(shù)要求考慮，為了滿足不同型號(hào)火箭的發(fā)射需要，相繼建造了竹崎、大崎和吉信3個(gè)航天發(fā)射場(chǎng)。

竹崎發(fā)射場(chǎng)是為發(fā)射小型火箭建造的，是繼鹿兒島發(fā)射場(chǎng)之后在種子島建設(shè)的第一個(gè)發(fā)射場(chǎng)，于1969年建成投入使用。竹崎發(fā)射場(chǎng)占地面積約0.79km2，主要設(shè)施有發(fā)射臺(tái)、發(fā)射控制室、裝配車間、綜合測(cè)試車間、氣象觀測(cè)室、固體火箭點(diǎn)火試車臺(tái)、推進(jìn)劑庫(kù)、跟蹤站等。

圖3　日本種子島航天發(fā)射場(chǎng)坐落在美麗的海邊

大崎發(fā)射場(chǎng)主要用來(lái)發(fā)射N-1、N-2和H-1液體火箭，于1975年建成投入使用，占地面積約7.6km2。1975年9月9日，N-1火箭在大崎發(fā)射場(chǎng)成功地將83kg的菊花1號(hào)衛(wèi)星送入地球軌道。大崎發(fā)射場(chǎng)的發(fā)射設(shè)施主要包括發(fā)射臺(tái)、指揮控制中心、火箭總裝測(cè)試廠房、衛(wèi)星測(cè)試廠房、垂直組裝和發(fā)射塔、推進(jìn)劑貯存庫(kù)、發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)點(diǎn)火試車臺(tái)、氣象臺(tái)等設(shè)施。發(fā)射勤務(wù)塔高55m，采用可移動(dòng)式鋼架結(jié)構(gòu)，沿鐵軌行進(jìn)。

吉信發(fā)射場(chǎng)是為了適應(yīng)新一代大型火箭H-2的發(fā)射需要，于1986年在距離大崎發(fā)射場(chǎng)東北方向約1公里處新建的。這個(gè)發(fā)射場(chǎng)在當(dāng)時(shí)耗資3.3億美元，其設(shè)施規(guī)模和設(shè)備配置程度與當(dāng)時(shí)歐洲航天局庫(kù)魯發(fā)射場(chǎng)阿里安-4和美國(guó)肯尼迪角大力神-3發(fā)射設(shè)施相當(dāng)，是日本最大的航天發(fā)射場(chǎng)，也是世界上主要的航天器發(fā)射場(chǎng)之一。

吉信發(fā)射場(chǎng)的發(fā)射控制室為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)圓形單層建筑物，承擔(dān)火箭、衛(wèi)星的發(fā)射控制和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在試車臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)視和控制。發(fā)射控制室配備有完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、監(jiān)視顯示系統(tǒng)和指揮調(diào)度系統(tǒng)。

除此之外，種子島航天發(fā)射中心還有增田跟蹤控制站、野木雷達(dá)站、宇宙丘雷達(dá)站和中之山遙測(cè)站等與發(fā)射配套的測(cè)量、跟蹤和控制支持設(shè)施。

庫(kù)魯航天發(fā)射中心

以發(fā)射阿里安運(yùn)載火箭而聞名的庫(kù)魯航天發(fā)射中心是歐洲航天局（ESA）從事航天發(fā)射唯一的航天發(fā)射場(chǎng)（見(jiàn)圖4）。該發(fā)射中心于1966年開(kāi)始動(dòng)工興建，1971年建成投入使用。目前，該發(fā)射中心主要用于科學(xué)衛(wèi)星、應(yīng)用衛(wèi)星和探空火箭的發(fā)射以及與此有關(guān)的一些運(yùn)載火箭的測(cè)試發(fā)射。庫(kù)魯航天發(fā)射中心自投入使用以來(lái)，已有200余枚運(yùn)載火箭在這里發(fā)射，已經(jīng)將大約300顆不同型號(hào)的衛(wèi)星送入太空。這個(gè)發(fā)射場(chǎng)承擔(dān)了全球一半的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，業(yè)內(nèi)公認(rèn)這里是國(guó)際承攬商業(yè)航天發(fā)射任務(wù)最多的發(fā)射中心。

庫(kù)魯航天發(fā)射中心一角

庫(kù)魯發(fā)射場(chǎng)位于西經(jīng)52°37’、北緯5°08’，靠近赤道，其低緯度的優(yōu)越地理位置，對(duì)于發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星十分有利。曾有專家做過(guò)計(jì)算，就同一種運(yùn)載火箭而言，在庫(kù)魯發(fā)射比在俄羅斯拜科努爾發(fā)射的運(yùn)載能力大約可增加70%，在庫(kù)魯發(fā)射場(chǎng)發(fā)射同等重量的有效載荷，要比在美國(guó)肯尼迪角發(fā)射場(chǎng)發(fā)射時(shí)遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)能量節(jié)省大約20%，庫(kù)魯航天發(fā)射場(chǎng)被公認(rèn)為是世界上最佳的火箭發(fā)射位置。

庫(kù)魯航天發(fā)射中心為赤道型熱帶氣候，氣象條件比較好。發(fā)射場(chǎng)主要由技術(shù)中心、發(fā)射區(qū)、地面跟蹤測(cè)量、勤務(wù)保障和生活設(shè)施組成。

技術(shù)區(qū)按照衛(wèi)星的測(cè)試工藝流程而設(shè)計(jì)建設(shè)。衛(wèi)星在技術(shù)區(qū)的測(cè)試分為三個(gè)階段進(jìn)行，即系統(tǒng)檢測(cè)階段、危險(xiǎn)品專項(xiàng)檢查操作階段和對(duì)接總裝測(cè)試階段。技術(shù)區(qū)的設(shè)施依據(jù)這些內(nèi)容配置了有效載荷準(zhǔn)備廠房、固體發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備廠房、有效載荷處理廠房以及其他輔助配套設(shè)施。

發(fā)射區(qū)共有3個(gè)發(fā)射工位。1號(hào)發(fā)射工位始建于1966年，地理位置為西經(jīng)52°46′，北緯5°14′，火箭發(fā)射臺(tái)的海拔高度為12.85m，隨著老型號(hào)火箭需求量的日趨下降，20世紀(jì)80年代末，為了免除維護(hù)保養(yǎng)已停止使用并被拆除。2號(hào)發(fā)射工位于1981年開(kāi)工建設(shè)，1985年建成投入使用，距離1號(hào)工位僅500m。這個(gè)發(fā)射工位可以作為1號(hào)發(fā)射工位的備用，但主要滿足多種型號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射的技術(shù)要求。這個(gè)發(fā)射工位投入使用后，縮短了發(fā)射時(shí)間間隔，發(fā)射頻率由原來(lái)兩個(gè)月發(fā)射一次提高到了一個(gè)月發(fā)射一次，降低了發(fā)射成本，提高了發(fā)射能力。3號(hào)發(fā)射工位于1988年開(kāi)始建造，1993年底正式提供使用。這個(gè)發(fā)射工位除了作為阿里安4號(hào)運(yùn)載火箭的備份發(fā)射工位外，將承擔(dān)阿里安5號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射地球同步軌道、太陽(yáng)同步軌道、其他軌道的科學(xué)衛(wèi)星、商業(yè)應(yīng)用衛(wèi)星，還可兼容與未來(lái)空間站有關(guān)的大型載荷發(fā)射任務(wù)。

庫(kù)魯航天中心的跟蹤測(cè)量系統(tǒng)隨著發(fā)射任務(wù)的變化，進(jìn)行了一系列改造和完善，可以滿足阿里安火箭的測(cè)量定位，光學(xué)監(jiān)視記錄，遙測(cè)數(shù)據(jù)接收、傳輸、實(shí)時(shí)處理，遙控等多項(xiàng)任務(wù)。為了實(shí)時(shí)接收運(yùn)載火箭飛行中的遙測(cè)數(shù)據(jù)，由分布在4個(gè)不同地點(diǎn)、分別配備有直徑10m天線等接收設(shè)備的遙測(cè)接收站，完成火箭從起飛一直到星箭分離這一飛行期間的遙測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收處理任務(wù)。當(dāng)衛(wèi)星與火箭分離衛(wèi)星入軌時(shí)，由納塔爾以東的阿森松島的地面站負(fù)責(zé)入軌段的測(cè)量任務(wù)。衛(wèi)星入軌后，將由達(dá)姆斯塔特和土魯茲兩個(gè)控制中心對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制管理。

庫(kù)魯航天發(fā)射中心除承擔(dān)不同型號(hào)的阿里安系列運(yùn)載火箭專屬發(fā)射外，織女星（Vega）全固體運(yùn)載火箭也在這里實(shí)施發(fā)射。

另外，歐洲航天局不斷加強(qiáng)航天國(guó)際合作，中國(guó)實(shí)施嫦娥一號(hào)探月任務(wù)時(shí)，與歐洲航天發(fā)射中心聯(lián)手對(duì)嫦娥一號(hào)進(jìn)行跟蹤、測(cè)量，首次采用國(guó)際聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了三網(wǎng)一體的聯(lián)合測(cè)控。2003年11月7日，俄羅斯與法國(guó)簽署了一項(xiàng)庫(kù)魯航天發(fā)射中心將為歐—俄合作開(kāi)放的協(xié)議，法國(guó)阿里安航天公司也與俄羅斯Starsem公司達(dá)成一致意向，雙方將共同開(kāi)展聯(lián)盟號(hào)運(yùn)載火箭在庫(kù)魯航天發(fā)射中心發(fā)射的合作。2011年10月21日，聯(lián)盟號(hào)運(yùn)載火箭在這里首次點(diǎn)火升空，成功將歐洲兩顆伽利略全球?qū)Ш较到y(tǒng)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)盟號(hào)火箭首次在俄羅斯所屬發(fā)射場(chǎng)以外的發(fā)射。