1.上帝的馈赠:航天发射场的条件
不是任何一个地方都可以建造航天发射场的,发射场的条件非常苛刻,要有合适的地理位置和地形,要有良好的气象与水资源,还要有可靠的安全保障条件。
我们知道,地球自西向东旋转,为了充分利用地球的自转速度,以节约能源,所以航天器一般向东发射。赤道附近的自转速度最大,所以发射场最好建在赤道上,没有这个条件的国家,也尽量选择纬度低的地区。由于航天器发射是自西向东,所以发射场以东的地区应具有建造地面跟踪和监测站的良好的地理条件。发射场区的地势要开阔平坦,地质结构坚固。
气象是航天器发射十分重要的条件之一,恶劣的天气会造成发射失败。例如,雷电可使火箭与飞船上的电子线路感应产生很强的电流,破坏控制系统或遥测系统,甚至引起爆炸。1969年11月14日,“阿波罗”12号宇宙飞船发射后不久便遭雷击,使电源发生故障,地面遥测信号中断,飞船失去控制,航天员紧急启用备用电源,才避免了惨祸的发生。低温、潮湿的天气会使火箭表面结冰,雨水会渗进火箭内部而使仪器设备受潮,造成电路短路,引发事故。1986年11月28日,震惊世界的航天史上最惨的事故,“挑战者”号航天飞机空中爆炸,就是因为气温过低,密封圈受损,冰水渗进了受损的密封圈而造成的。大风会使竖立在发射台上的高大的运载火箭晃动,以致变形,酿成事故。因此,发射场应建在晴天多、雷电少、湿度低、风速小、温差不大的地方。
火箭发射时喷出炽热的火焰,形成高温,需用大量的水来冷却;同时,发射场的其他工业、生活设施也需要大量的水。因此,发射场应建在水资源十分丰富的地方。
航天器发射会造成一些不可避免的危害。例如,运载火箭的燃料燃烧时会产生有害气体,污染环境;火箭发射时会产生强烈的噪声,影响人们的健康;火箭完成任务后,其残骸有时从天而降会危及人们的生命安全。因此,发射场应远离工业发达、人口密集的地区。
2.撩开面纱:航天发射场的结构
发射场分好几个区,有技术区、发射区、生活区以及跟踪测量、气象、后勤、安全警戒等系统。
技术区内有高大宽敞的测试大楼。在测试大楼内,地面人员对火箭、人造卫星和宇宙飞船进行测试,一旦发现故障,立刻排除。除了对火箭、人造卫星、宇宙飞船进行单元测试外,还要对火箭与人造卫星、宇宙飞船所组成的大系统进行综合测试,以确保发射成功。
发射区主要由发射平台、勤务塔、脐带塔、发射控制室、燃料库、水塔组成。其中燃料库和发射控制室建在地下。发射平台是竖立运载火箭和实施发射的装置,它可以调整和转动,以使火箭瞄准预定的发射方向。平台下有深沟槽,叫导流槽,火箭点火发动后产生的高速炽热的气流可顺着导流槽流向空旷地区。脐带塔竖立在发射平台的旁边,由像脐带一样的电缆和管道与火箭相连,向火箭与人造卫星、宇宙飞船提供电力和各种气体。发射前,脐带塔的摇臂展开,离开火箭。勤务塔比脐带塔更高大,上面有好几层工作台。工程技术人员在工作台上对火箭、卫星、宇宙飞船进行吊装、对接和检测,排除故障。检测完后,勤务塔撤离,准备发射。
发射成功后,对卫星、宇宙飞船的跟踪与监测由控制中心承担。控制中心远离发射区。它测量、控制卫星、宇宙飞船的轨道和姿态;指挥、协调各个跟踪和监测台站的工作;接收来自各台站的数据。控制中心大厅有巨大的显示屏幕,上面显示着火箭、卫星、宇宙飞船的飞行状态。
3.卫星诞生地:肯尼迪航天中心
自前苏联从拜科努尔发射场地把一颗人造地球卫星送入太空以来,迄今为止,世界上已有10多个发射场从事各种航天器的发射活动。它们是美国的肯尼迪航天中心、沃洛普斯飞行中心、空军东部试验靶场(简称东靶场)、空军西部试验靶场(简称西靶场),苏联/俄罗斯的卡普斯丁亚尔发射场、普列谢茨克发射场,法国/欧洲航天局的圭亚那航天中心(库鲁发射场),日本的种子岛航天中心、鹿儿岛航天中心,意大利的圣马科海上发射场,以色列的勒马希姆/内格夫发射场和印度的斯里哈里科塔发射场等。
我国的酒泉卫星发射中心和西昌卫星发射中心也在这十大发射场之列。酒泉卫星发射中心建于1958年,位于酒泉附近的戈壁滩上,是我国第一个卫星发射场。在酒泉卫星发射中心,发射了我国第一枚导弹和火箭,发射了我国第一颗人造地球卫星,发射了我国第一颗返回式卫星,进行了我国第一次洲际导弹的太平洋发射,实现了首次用一枚火箭发射三颗卫星,完成了第一次向国外用户提供的搭载服务。我国已发射的卫星中,有三分之二是从酒泉卫星发射中心升空的。
另外,曾经发射过卫星现已停止使用或关闭的发射场,有澳大利亚的武麦拉靶场,非洲阿尔及利亚境内的科隆贝沙尔靶场。这里只对肯尼迪航天中心作一简要的介绍。
肯尼迪航天中心是美国最大的载人航天器和各种民用航天器的发射基地。第一艘“阿波罗”登月飞船,就是于1969年7月16日,从这里用“土星-V”运载火箭发射的。
肯尼迪航天中心成立于1962年7月,位于美国东部佛罗里达州东海岸的梅里特岛上,南与卡纳维拉尔角的空军东靶场毗邻,占地面积560多平方公里,中心坐标为北纬28°30、西经80°42′,射向东南,主要发射轨道倾角在28.5°~57°之间的各种航天器。
肯尼迪航天中心发射设施,一部分是由原来试验导弹用的发射设施改建而成的,另一部分是为航天发射专门建造的,分布在梅里特岛、卡纳维拉尔角和范登堡空军基地。建在东海岸的39号发射场是1966年为实施“阿波罗”登月计划建造的,后经改建用于发射航天飞机。运载工具和航天器发射前的准备工作,在测试厂房的一个活动发射台上,直接按发射状态进行总装和测试。这样,总装和测试的环境条件可以控制,工作质量容易保证;比较容易做到按时发射;一次完成测试,避免了工作重复;在厂房内可同时准备几个运载工具,节省人力和减少设备上的重复;缩短了运载工具在发射场上的停留时间,提高了发射场的利用率;发射前的准备工作不受气象条件影响等。这对载人航天发射场的建设来说,具有一定的代表性。
该中心发射过“水星”、“双子星座”和“阿波罗”载人飞船,“天空实验室”空间站,与苏联“联盟”号载人飞船对接的“阿波罗”载人飞船也是从这里发射的。除此之外,该中心还发射过各种卫星和探测器。
当加加林首闯太空,人类第一次真正飞出了地球;当“阿波罗”首次登月,地球人便开始了同其他星体的亲密接触;当“挑战号”勇士魂归太空,我们真正感受到了飞天计划的艰险;当杨利伟、“神六”成功返回地球,中国人终于圆了千年的梦想。伴随着一颗又一颗升空的飞船卫星,一批又一批探险的太空勇士,地球人终于可以自豪地向宇宙宣告:我们来了。