自從1957年10月,蘇聯發射第一顆人造地球衛星“斯普特尼克一號”以來,到現在太空中已經有數千顆衛星在不知疲倦的飛行。
它們爲我們的生活帶來極大便利:從豐富多彩的電視轉播,方便快捷的手機通訊,車船使用的導航定位,到天氣預報、國土勘察、農作物防災,乃至軍事偵察、導彈發射,人類社會的方方面面早已與航天密切相關。 ▲密密麻麻的衛星軌道 除了衛星,還有遨遊天際的“天宮”,迎風奔月的“嫦娥”,機靈可愛的“月兔”和更多探訪未知宇宙的深空探測器。它們作爲人類追求夢想的先行者,爲明天尋找一個美好未來。 每一次進步,第一個碩果都讓我們深深感動。尤其是中國航天人,幾十年來披荊斬棘、克服萬難,用自己的辛勤工作爲國人帶來一個又一個激動人心的時刻,讓國人自豪!

一、通向太空的大門。

每一個航天器,都是從地球母親的懷抱中出發的。而萬里征程的起點,就是航天發射中心。它也被稱爲“通向太空的大門”,是一個國家航天工程的重要組成部分。 讓我們攤開地圖,看看全球十大航天發射中心,分別是:
  • 中國:酒泉衛星發射中心、西昌衛星發射中心

  • 美國:肯尼迪航天中心(佛羅里達州東海岸梅里特島)、西部航天和導彈試驗中心(洛杉磯西北海岸);

  • 俄羅斯:拜科努爾航天發射場(哈薩克斯坦境內)、普列謝茨克基地(阿爾漢格爾斯克地區);

  • 法國:庫魯航天發射中心(南美洲北部法屬圭亞那庫魯地區);

  • 意大利:聖馬科發射場(非洲肯尼亞東海岸);

  • 日本:種子島航天中心(種子島南端);

  • 印度:斯里哈里科塔發射場(印度東海岸斯里哈里科塔島)。

此外,還有美國范登堡空軍基地、沃洛普斯飛行基地;俄羅斯正在興建的東方港航天中心等等。 這些著名航天中心,大部分坐落在低緯度地區,只有少數在高緯度地區。其實,當年蘇聯也想在低緯度地區建立發射場,可惜蘇聯國土緯度太高,拜科努爾都已經算緯度最低的地區了。 如此多的航天中心集中在低緯度地區,有什麼好處呢?這個要先從衛星的軌道說起。

二、衛星軌道的“妙用”。

圍繞地球的衛星軌道有:赤道軌道、地球同步軌道、地球靜止軌道、極地軌道、太陽同步軌道等等,其分類與軌道傾角密切相關。 軌道傾角是衛星軌道平面的法線與地球北極之間的夾角。 1、當軌道傾角爲0時,衛星軌道平面與地球赤道平面重合,衛星飛行在赤道上空。這裏有一條非常著名的軌道——地球靜止軌道。 它是地球同步軌道中最特殊的一條,距地球表面35786公里。在軌道上飛行的衛星始終與地面同步,看上去好像靜止一般懸掛在太空中。 通信衛星、電視轉播衛星經常在這條軌道上,源源不斷爲相隔萬里的人們架起橋樑。一部分氣象衛星和導航衛星也在這裏觀測地球,爲人們提供天氣預警和導航。 2、軌道傾角從0~90度之間,運行着很多地球同步衛星。 其軌道週期與地球自轉週期相同,很多導航衛星都在這裏,爲方便人們出行默默工作。還有一些氣象衛星、通信衛星、對地觀測衛星也在地球同步軌道上飛行。 3、軌道傾角等於90度時,稱爲極地軌道。這裏的衛星就不是自西向東橫着繞地球飛了,而是經過南北極上空豎着繞地球飛行。 沿極軌飛行的衛星,可以觀測到地球表面任何地點,非常適合氣象衛星、對地觀測衛星等工作。 4、軌道傾角大於90度時,衛星飛行方向就與地球自轉方向相反,自東向西飛行,稱爲逆行軌道。 這裏有同樣重要的太陽同步軌道衛星。它可不是繞太陽飛行,而是衛星軌道平面每天自西向東轉動0.9856度,與地球公轉角速度相同,始終與太陽保持相對固定的取向。
這條軌道上的衛星,可在每天同一時間飛過同一地點,在相似的光照條件下,對同一地區進行連續觀察。從而爲氣象衛星、科學衛星、對地觀測衛星等提供了優秀的工作環境。 ▲太陽同步軌道 正因爲不同軌道上的衛星差異很大,所以要從不同的“大門”出發,也就決定了發射場位置的不同。

三、低緯度發射場 PK 高緯度發射場。

世界上大多數衛星都運行在低傾角軌道上,靠近赤道平面,所以航天發射中心集中在低緯度地區。這樣有很多好處: 1、地球不斷的自西向東自轉,赤道半徑最長,所以自轉線速度也最大。火箭從這裏升空,地球能給它附加的速度就越大。 ▲地球各緯度的自轉線速度 比如赤道地區的自轉線速度約爲463.9米/秒,到北緯60度地區自轉線速度就變成232.5米/秒,二者相差一倍。火箭從赤道出發就能節省更多燃料,提高有效載荷。如同樣的火箭從海南文昌發射,就比從西昌發射效率提高了約10~15%。 2、從低緯度地區發射,低傾角衛星入軌效率更高,甚至能直接入軌,能節省衛星變軌燃料。要知道衛星上攜帶的燃料很少,每一克都極爲珍貴,能多節省一點就能工作更長時間,壽命更久。 ▲法屬圭亞那的庫魯發射場 法屬圭亞那的庫魯發射場,是一塊得天獨厚的航天寶地。它位於北緯5度左右,距赤道非常近。從這裏發射的火箭,第三級無需二次啓動,衛星遠地點變軌能量也很小,甚至不用調整姿態直接進入預定軌道。 所以前往地球同步軌道和地球靜止軌道的通信衛星、導航衛星,從低緯度發射好處多多。 現在還興起了海上發射平臺,用船將火箭運到赤道附近,發射效率更高,節約能量更多。此外,人們還在研究用大型飛機從空中發射的方式等等。 那是不是所有衛星都適合在低緯度發射呢? 當然不是,低軌道傾角衛星適合在低緯度發射,高軌道傾角衛星就適合在高緯度地區發射了。 例如太陽同步軌道衛星,其軌道傾角大於90度,隨軌道高度不同,在96~100多度範圍之間。以98度左右居多,軌道高度在600~800公里之間。 此時衛星自東向西在逆行軌道上飛行,地球的自轉線速度就不再是助力,反而成累贅了。火箭向西南方向發射,需要額外的消耗能量克服地球自轉速度。所以蘇聯當年很多太陽同步衛星,都是從高維度的普列謝茨克基地升空的。

四、其他重要條件。

除了地理維度這個重要因素,航天發射場選址還要參考其它重要條件。 1、要靠近鐵路和工業中心,方便火箭、衛星生產和運輸。 如拜科努爾航天中心就靠近俄羅斯薩馬拉州。這裏是俄羅斯的航空航天中心,像和平號空間站、東方號運載火箭、聯盟號運載火箭等都是在這裏生產的。 ▲拜科努爾航天中心的宏大規模 2、 需要地勢平坦開闊,周邊人煙稀少,安全性高、保密性好,方便返回式衛星和太空艙回收,對周邊國家影響也小。 如我國酒泉衛星發射中心,地處甘肅西北沙漠邊緣,周邊人煙稀少,是載人航天工程的專用發射場。“神舟”系列飛船、“天宮一號”空間實驗室等都是從酒泉發射的。 俄羅斯拜科努爾航天中心也類似,周邊是半沙漠草原地區,附近有河流湖泊,不缺水源。火箭向東飛行,大部分路線都在本土境內,既方便佈置地面測量站,也保證了軍事安全。 拜科努爾是世界第一大發射場,自1961年尤里·加加林首次飛上太空以來,有130多名宇航員從這裏飛向太空。 法國庫魯發射場地位於大西洋沿岸,東面是廣闊海洋,發射角寬廣,火箭殘骸掉落在海上也不用擔心引起國際糾紛。 ▲聖馬科發射場的海上發射平臺 意大利聖馬科發射場也面向海洋,還擁有世界上唯一的海上發射場,維度又低,很有優勢,就是發射場地太小。 3、需要良好的氣象環境,全年天氣穩定、乾燥少雨,沒有太多雷暴和大風天氣,具備良好發射窗口。和風漫談原創,禁止抄襲。 如咱們國家的西昌衛星發射中心,地處四川省涼山彝族自治州冕寧縣,一年中日照天數達320多天。每到晚上時皓月當空,非常適合賞月,所以被稱爲“月城”,是難得的優良發射場。 4,交通要便利,方便大尺寸火箭和航天器運輸。 2009年開建的海南文昌衛星發射中心就是如此。它維度很低,毗鄰海岸線,發射塔距大海只有800多米。 不但發射角度寬廣,還能用船將大尺寸火箭部件運送到位,再不受鐵路運輸火箭直徑不能超過3.35米的限制。可以發射貨運飛船、大型空間站、大質量衛星等航天器。 ▲長征五號,直徑5米的大推力火箭 所以“胖五”(長征五號)這樣的,芯級直徑5米的重型火箭,才選擇在文昌發射升空。文昌衛星發射中心發展空間廣闊,未來將成爲我國重要的航天基地。 同樣,美國的肯尼迪航天中心、卡納維拉爾空軍基地也緊靠海岸線。當年“阿波羅登月計劃”中,起飛重量高達3038.5噸,芯級直徑達10.1米的“土星五號”火箭,就是從肯尼迪航天中心升空的。 ▲肯尼迪航天發射中心

五、致敬中國航天人!

綜合以上種種因素,一個優秀的航天發射中心從選址到建設都工程浩大,要考慮衛星軌道、氣象、地形地貌、供水、交通、政治軍事、國際關係等多方面因素,要消耗大量人力、物力和漫長時間。 它不只是建設幾個發射架,而是最終會形成一個集發射、科研、生產、宣傳、教育於一體的龐大航天城。從這裏也可以知曉,中國航天人在數十年發展中付出了何等的努力和艱辛!

正是他們的無私奉獻,讓中國航天事業迅猛發展,躋身於世界強國之列。讓我們用最崇高的敬意,祝他們永創輝煌,爲國人帶來更多的榮譽和自豪!

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