美国国家航空航天局,简称NASA,是美国负责太空计划的政府机构。总部位于华盛顿哥伦比亚特区,拥有最先进的航空航天技术,它参与了包括美国阿波罗计划、航天飞机发射、太阳系探测等在内的航天工程。
欧洲航天局(欧空局)是在1975年由一个政府间会议设立的,目标是专门为和平目的提供和促进欧洲各国在空间研究、空间技术和应用方面的合作。欧空局各成员国必须参加强制性的科学和基础技术方案,但自行决定对地球观测、电信、空间运输系统、空间站和微重力方面的各个任选方案的贡献。
俄罗斯联邦航天署(RKA)原为俄罗斯航空航天局。现在的RKA诞生于前苏联解体后,其总部位于莫斯科附近的星城,承担了航天员训练与航天器发射任务。RKA所使用的技术与发射台都来自前苏联时期的航天项目。
发射航天器必须使用推力足够大的运载火箭才能完成,而火箭的发射升空则必须在发射场完成,这和飞机升降必须要有飞机场一样。
不过,火箭发射场的构造、设施以及它所完成的工作等可比飞机场要复杂得多。发射场本身也是科学实验中心。关于发射场,有好多学问蕴含其中,我们将在下面进行这方面的介绍。
向宇宙进军的根据地美国国家航空航天局
1958年10月1日,美国正式把国家航空咨询委员会(NACA)改组为国家航空航天局(NASA)。原来的国家航空咨询委员会在1915年成立,它之所以要改组成国家航空航天局,是为了扩大这一机构在航天方面的职责,以加速实现美国赶上前苏联卫星的计划。根据美国总统艾森豪威尔1958年4月2日向国会提出的咨文,成立国家航空航天局的目的是:①扩大人类对大气层和宇宙空间方面的知识。②改进飞机的用途、性能、安全性和效率。③发展能携带武器、设备和生物进入宇宙空间的飞行器。④保持美国在航空和空间技术方面的领先地位。⑤向政府部门提供有军事价值或军事意义的研究成果。⑥与其他国家合作,从事空间研究成果的和平利用。⑦最有效地利用美国的工程力量,以及避免设备建设的重复。NASA在行政上直属总统领导,是美国政府系统中主要的航空航天科研机构,在研究和探索发展方面向有关单位提供有价值的科研成果,并负责航空航天技术咨询工作。该局以民用航宇科研为主,也为军用航宇服务;自1958年以来以空间科研为主,航空科研所占比重较小。
NASA由于NASA在军用、民用航空和宇航方面所担负的任务,它的协作面非常广泛,它与国防部的计划分析与鉴定部、高级研究计划局有着密切的联系;与陆、海、空军有共同的合作计划;与政府其他部门如能源部、气象局和工业部门有各种合同关系。NASA的研究成果直接转让给国防部、各航空制造公司、联邦航空局以及其他有关机构。NASA对各航空制造公司设计新飞机和联邦航空局适航性鉴定提供技术基础。
目前美国国家航空航天局的年度预算为160亿美元,总部位于华盛顿哥伦比亚特区。美国国家航空航天局的视野是“改善这里的生命,把生命延伸到那里,在更远处找到别的生命”。美国国家航空航天局的目标是“理解并保护我们赖以生存的行星;探索宇宙,找到地球外的生命;启示我们的下一代去探索宇宙”。在太空计划之外,美国国家航空航天局还进行长期的民用以及军用航空宇宙研究。美国国家航空航天局被广泛认为是世界范围内太空机构的领头羊。
机构设置
NASA在行政上直属总统领导,由局长总体负责。NASA是在两个层次的基础上实施管理,局总部管理和战略事务部管理。局总部对全局负有领导责任,协调局内外工作,执行NASA的对外成本核算和联络,制定该局长远规划、年度计划,实施预算集成,制定NASA的发展战略、长期投资战略、NASA政策和标准。监督各研究中心的技术管理工作;检查各阶段工作进展和完成情况;保证执行经国家批准的计划。NASA建立了六个战略事务部,分管NASA的主要业务领域,以实现NASA的任务和更好地服务于客户。它们分别是:航天飞行部(约翰逊航天中心、肯尼迪航天中心、马歇尔航天飞行中心、斯坦尼斯航天中心);航空航天技术部(下属艾姆斯研究中心、德莱登飞行研究中心、兰利研究中心、戈兰研究中心四个研究中心);地球科学部(下属戈达德航天飞行中心);空间科学部(下属喷气推进实验室);生物和物理研究部和安全与任务保障部。每个战略事务部都有自己的一套战略目标、目的和为满足主要客户需求的执行措肯尼迪航天中心施。战略事务部负责确定客户需求并确保所有客户满意。各事务部会同分管业务的副局长确定其工作方向,负责制定各事务部的长期投资战略、预算、项目资源分配和性能评估、政策和标准,执行NASA的政策。
人员与经费
NASA1994年度雇员为24731人,到1999年减少到21000人。1994年度经费为145.5亿美元,1995年度经费为143亿美元。2001年经费为142.5亿美元。2002年,NASA有雇员18800多人,其中总部有1200多人、约翰逊航天中心2900多人、肯尼迪航天中心1800多人、马歇尔航天飞行中心2700多人、斯坦尼斯航天中心约300人,艾姆斯研究中心1500多人、德莱登研究中心约600人、兰利研究中心2300多人、戈兰研究中心1900多人,戈达德航天飞行中心3300多人。从业务领域来看,从事人类航空航天探索与开发的有6700多人,从事空间科学的有2453人,从事生物与物理研究的1200多人、从事地球科学的1800多人。
科研活动
地球气象在航空技术方面,主要从事以下四方面的工作:①空气动力:紊流学、翼型、超音速飞行等。②推进技术:燃烧与燃料、噪声及其传播、计算流体力学、涡轮机械部件研究。③材料与结构:复合材料、高温材料、动态加载与气动弹性、结构分析等。④航空电子学和人素工程:制导/导航、航空电子学、飞行管理和模拟技术。
NASA的长远目标:在利用航空航天技术以满足国家需要方面起领导作用;利用新型空间远距离通信能力于公众服务事业;保持美国民用和军用航空优势;继续进行科学探索以及加强对宇宙、太阳系和地球环境的了解;人造卫星的应用,人造卫星研究和技术发展;将航天技术和知识转移以用于一般工业。目前NASA主要的研究范围和研究目标包括以下几个方面。
航空航天技术:实现航空航天领域技术和工程革命,开发更加先进、更加安全的航空技术,增强运载能力,降低辐射和噪声;革新航天运输系统,降低成本,增强安全性并进行商业开发。
人类航天探索与开发:探索空间前沿,开发能够让人类永久工作和生活空间,对宇宙进行商业开发,分享探索带来的经验和益处。
地球科学:开发一个了解地球科学系统,探索它对于自然环境变化和人类活动情况的反应,提高气候、天气和自然灾害预测水平。
宇宙科学:负责与天文有关的项目,研究太阳系以及太阳活动对地球的影响等。
研究课题和领域
1957年前苏联第一颗人造地球卫星上天后,美国组建了国家航空航天局,对发展美国的航空航天事业起了重大作用。美国国家航空航天局的研究课题内容广泛,以航天为主。在航空方面的研究课题主要有超声速技术、飞机节能技术等;在航天方面主要配合几个大型工程,如阿波罗工程、天空实验室、航天飞机等开展研究。它通过科研课题、合同、计划等形式与国防部、高等院校、工业企业的研究机构保持密切的关系。它下辖的研究中心和实验室有十几个,如戈达德航天中心、肯尼迪航天中心、喷气推进实验室等。但科研工作80%以上委托局外各单位进行处理。研究成果以NASA出版物形式发表。出版物有《技术报告》、《技术札记》、《合同户报告》、《技术备忘录》、《技术译文》、《特殊出版物》等。
美国太空总署的年度预算为160亿美元,总部位于华盛顿哥伦比亚特区。在太空计划之外,美国太空总署还进行长期的民用以及军用航空宇宙研究。
NASA从事的研究领域:航空学研究及探索,包括空间科学(太阳系探索、火星探索、月球探索、宇宙结构和环境),地球学研究(地球系统学、地球学的应用),生物物理研究,航空学(航空技术),并承担一定的培训计划。
科研发现
美国国家航空航天局2009年7月21日证实,木星在过去相当短一段时间内再次遭遇其他星体撞击,使木星南极附近落下黑色疤斑,撞击处上空的木星大气层出现一个地球大小的空洞。
木星新出现的这处空洞由澳大利亚业余天文爱好者安东尼韦斯利于20日上午从澳大利亚最初观测发现。美国航天局位于加利福尼亚州的喷气推进实验室随后展开观测活动,并借助设于夏威夷的空间红外望远设备捕捉到了木星空洞及疤痕静态画面。喷气推进实验室天文科学家格伦奥顿说:“疤痕可能因彗星撞击所致,但有待进一步证实。”喷气推进实验室宇航员雷格弗莱彻告诉美国《新科学家》杂志,木星黑斑“约等同于一个地球大小”。
观测并拍摄到木星新空洞的澳大利亚天文爱好者韦斯利现年44岁,正业是一名计算机程序编写员。澳大利亚媒体报道,韦斯利从小就喜欢天文观测,此次发现木星空洞的工具是架设在他家后院内的一台14.5英寸折反射望远镜。韦斯利20日在互联网上刊登了他拍摄的照片及拍摄记录。他说,当天他首先观测到木星南极处出现一个“黑点”,原本以为是木星“极暴”,但随着木星自转,他发现黑点为立体空洞状,随即推翻“极暴”猜测转而判定为撞击痕迹。木星为液态行星,是太阳系八大行星中体积和质量最大的一颗。1994年7月16日至22日,一颗名为苏梅克—列维9号的彗星与木星迎头相撞,成为人类史上第一次直接观测到的天体相撞。
那次彗木相撞产生相当于20亿枚原子弹爆炸的威力,产生直径达10千米、温度达7000℃的火球,形成地球大小的尘埃云团,在木星表面衍生的黑斑存在了数月之久。《纽约时报》报道,美国航天局仍在继续追踪观测木星,以获取更多信息,包括证实撞击物究竟是彗星还是其他物质。由于此次相撞的时间很可能与15年前的彗木相撞重合,科学家还希望研究其间是否存在某种规律。
欧洲航天局
欧洲航天局(ESA)是一个欧洲数国政府间的空间探测和开发组织,总部设在法国首都巴黎。
欧洲航天局(esa)
欧洲航天局的前身,欧洲航天研究组织(ESRO)经过1962年6月14日签署的一项协议,于1964年3月20日建立。如今它仍旧是欧洲航天局的一部分,称为欧洲航天研究与技术中心(ESTEC),位于荷兰的诺德惠克。
除捷克外,欧航局现有17个成员国,它们分别是德国、奥地利、比利时、丹麦、西班牙、芬兰、法国、希腊、爱尔兰、意大利、卢森堡、挪威、荷兰、葡萄牙、英国、瑞典和瑞士。另外,加拿大和匈牙利等国也参与了该机构的一些合作项目。法国是其主要贡献者。欧洲航天局与欧盟没有关系,欧洲航天局包括了非欧盟国家如瑞士和挪威。卢森堡和希腊将于2005年12月加入。欧洲航天局共有约1700名工作人员。发射中心是位于法属圭亚那的圭亚那发射中心。由于其相对于赤道较近,使卫星发射至地球同步轨道较为经济(同质量下所需燃料较少)。控制中心位于德国的达姆施塔特。
机构设置
(1)设在巴黎的总部,政治决定在此作出;
(2)设在荷兰诺德韦克的欧洲航天研究和技术中心,它是欧空局的主要技术机构,大多数项目小组以及空间科学部和技术研究和支助工程师在此工作。欧洲航天研究和技术中心还提供有关的试验设施;
(3)设在德国达姆施塔特的欧洲航天空间操作中心,它负责所有卫星操作以及相应的地面设施和通信网络;
(4)设在意大利弗拉斯卡蒂的欧洲航天研究所,它的主要任务是利用来自空间的地球观测数据;
(5)设在德国Porz-Wahn的欧洲航天员中心,它协调所有欧洲航天员活动,包括未来欧洲航天员的培训。
欧空局还对设在库鲁的欧洲航天港圭亚那航天中心作出贡献。
项目
伽利略定位系统:计划中的卫星定位系统。
火星快车号:火星探测器。
罗塞塔号航天探测器:2004年发射的彗星探测器。
哥伦布轨道设备:国际空间站的一个科学实验室。
ATV:即自动转移航天器,一种可与国际空间站的“进步”号太空船相比的太空货船。
Hipparcos:空间的天体测定任务。
Smart1:新推进技术试验。
织女星:计划中的小有效载荷运载火箭。
金星快车:金星探测卫星,2006年4月11日发射。
ESA也是将于2006年回到地球,载有给予未来人类消息的KEO卫星计划的发起者之一。
欧空局空间科学方案已经执行了一系列非常的项目,例如Giotto飞行任务及其1986年与哈雷彗星的相遇、1992年与格里格—斯克耶列洛普彗星的相遇;测绘星体的Hipparcos飞行任务,它很精确地测量了100多万颗星体的距离和位置;以及欧空局用暗物摄影机和太阳电池阵列参加了美国航天局哈勃空间望远镜项目。
开发中的主要项目有:X射线多镜头飞行任务,定于1999年发射;Cluster-2,它定于2000年由“联盟”号火箭发射;国际伽马射线实验室,定于2001年由“质子”号火箭发射;Rosetta,这是一次与彗星汇合和进行实地臭氧分析的飞行任务,定于2003年发射;远红外空间望远镜FIRST,定于2005年~2006年发射。
欧空局向几内亚海湾上空的地球同步轨道发射了六颗第一代Meteosat卫星航天器,自1997年年底以来提供了连续的气象数据。这个系列中的最后一颗卫星,即1997年9月3日在库鲁由阿里亚娜发射的Meteosat-7,将使其覆盖期延长到正在与欧洲气象卫星应用组织合作研制的第二代Meteosat卫星第一个航天器能够在2000年之后提供地球静止数据为止。
ENVISAT飞行任务处理地球科学领域中的一系列问题,从气候和环境、化学、海洋学和冰川学到人类活动(陆地改造过程、沿海改造过程以及大气和海洋污染)的影响和监测意外自然事件(例如水灾和火山爆发)。欧空局正在与欧洲的地球观测主要参与者,例如欧洲联盟委员会、欧洲气象卫星应用组织、用户和产业界的代表密切合作,为未来的欧空局地球观测方案制定战略建议。在世界这一级,欧空局打算继续加强特别是与中国、印度、日本、俄罗斯联邦和美国的联系。
欧空局研制了两个系列的业务卫星:租给欧洲通信卫星组织的欧洲通信卫星和租给国际流动卫星组织(前称国际海事卫星组织)的海洋通信卫星。1989年欧空局还发射了奥林匹斯试验通信卫星来演示通信和广播中的新用途。
在卫星导航方面,欧空局正在与欧洲联盟委员会和Eurocontrol密切协作研制EGNOS,这是一个将补充现有的全球定位系统和全球轨道导航卫星系统的欧洲卫星导航系统。
发射装置
阿里亚娜火箭
阿里亚娜火箭
欧洲航天局成立伊始,它就把发展火箭技术当做首要目标,为此由11个国家参与组建,成立了阿里亚娜空间公司。
它最早的型号是“阿里亚娜1”型火箭,这种火箭能将1.85吨的有效载荷送入地球同步转移轨道,或将2.5吨有效载荷送入轨道高度为790千米的太阳同步圆轨道。
现在阿里亚娜火箭已经过渡到5型家族时代,它是被广泛使用的型号。“阿里亚娜5”型火箭是欧洲航天局为了适应市场需求,大力改进开发的火箭品种,跟上几个型号的发展历程近似,“阿里亚娜5”型火箭也走过了一段曲折不平的道路。
1996年6月4日,首次发射因火箭导航电脑系统发生故障而失败;1997年10月30日,第二次发射又因火箭发动机提前关闭致使两颗模拟卫星未能进入预定轨道;2001年7月12日,第10枚“阿里亚娜5”型火箭在发射时,火箭最高级推进器提前熄火,导致两颗卫星没能送入预定轨道。直到2002年3月1日,第11枚“阿里亚娜5”型火箭的发射才取得了成功。
研制“织女星”火箭
在2005年以前,欧洲航天局就意识到,他们需要一种发射推力不高的火箭,这种火箭应该是“阿里亚娜”火箭的小弟弟,它已被列入研发日程,但是这种火箭却不从属于“阿里亚娜”家族,这种火箭的名字叫做“织女星”。
“织女星”火箭具有较小的推力,它全长30米,直径3米,发射重量为130吨。“织女星”运载火箭将由4个推进级组成,包括3个固体推进级和1个可重新点火的液体推进级。按照最早的设计思路,它主要用于发射小质量的地球观测卫星和各种科研卫星。该火箭可以将1.5吨的有效载荷送入距地高700千米的极地轨道,或将1.2吨的有效载荷送入距地高1200千米的太阳同步轨道。
国际合作
为了实现其空间目标,国际合作是欧洲空间政策的中心内容之一。欧空局不但与美国、俄罗斯和日本等传统的航天国家合作,而且还与新兴的航天国家和发展中国家合作。
最重要和最持久的合作显然是与美国航天局的合作。欧空局还参与了与俄罗斯和俄罗斯航天局的协作项目,例如1994~1995年的欧洲“和平”号飞行。另外,已经与日本建立起了重要而具体的合作关系,主要是在数据中继卫星和国际空间站硬件交换领域。
欧空局还与捷克共和国、希腊、匈牙利、波兰和罗马尼亚签订了合作协议,正在空间科学、地球观测和电信等领域与这些国家进行技术一级的培训和联合项目。
欧空局与新兴空间国家和发展中国家制订和进行了一些相互感兴趣的项目,援助它们开发自己的空间活动。欧空局还不定期地组织与空间应用有关的区域培训班。
欧空局与欧洲的其他国际组织密切协作,特别是与在空间活动中日益活跃的欧洲联盟和欧洲气象卫星应用组织在未来气象方案方面的协作。此外,它注视着联合国许多专门机构的工作。联合国和平利用外层空间委员会是欧空局的一个重要论坛,它在该委员会中具有观察员地位。欧空局还与外层空间事务厅保持密切联系;根据第二次联合国探索及和平利用外层空间会议的一项建议,这两个实体制订了一个重要的培训和研究方案。
发射场的选址条件
事实上,火箭发射场最理想的位置是选在地球赤道附近,这是因为从赤道发射卫星可以充分利用地球自转所获得的最大初速。因为发射场离赤道越近,则初速度越大;相反,如发射场偏离赤道越远(即纬度越高),则初速度越低。
例如,在赤道上,运载火箭的初速度为465米/秒,而在位置偏北的俄罗斯普列谢茨克航天发射场,初速度仅为210米/秒。所以在同等条件下,俄罗斯航天发射场必须用重型运载火箭才能完成的任务,而在赤道附近的发射场只需用中型运载火箭就能胜任。
陆上发射场由于国界和居民点等原因,其发射方位受到限制。即使位于海边或近海岛屿的发射场,由于船舶航线或渔场的关系,发射也会受到限制。例如,日本的航天发射场临近渔场,因此,他们同渔业公会订有协议,一般在渔业旺季不得发射卫星。然而,对于设在大洋深处的海上发射场,上述种种麻烦可以统统避免。
除此之外,火箭发射场应尽量远离居民稠密的居住区,以免给人们正常的工作、学习和生活造成影响,一旦发射失败,也不会给附近居民造成不应有的损失(包括经济损失和生命财产损失)。故火箭发射应选择合理的发射区、回收区、落区和禁区。如果从技术等多方面考虑,发射场选址还应满足如下几点要求:
自然条件良好
(1)地势平坦、开阔,便于场区的合理布局,有利于降低建场的工程造价和发射时的跟踪观察。
(2)地质结构稳定,避开地层断裂带和地震区,查明是否有可供开采的矿藏和其他自然资源。
(3)具有好的水质、供水条件和丰富的水源,以保证发射活动中大量用水的需要。美国肯尼迪航天中心发射台的冷却供水系统,要求每分钟能够提供3.25吨冷却用水。前苏联/俄罗斯的拜科努尔发射场(现属哈萨克斯坦,由俄罗斯租用)曾为了解决水源问题开凿了一系列深水井和蓄水池。
(4)具有较好的气象条件,即晴天多、雷雨少、气温变化小、风速和湿度低。因为气象条件的好坏将直接影响航天器的发射、回收、着陆、测量跟踪、设备的维护保养,甚至影响发射窗口的选择和发射场的利用率。
有良好的航区
航区是指航天器起飞至入轨这一段的飞行路线下的地面区域。航区应尽量避开人口稠密区、重要的工业区和军事要地等,以防飞行失事或完成任务的运载工具坠落造成严重的生命财产损失。同时,航区应尽可能延伸,以满足各种发射任务的需要。能满足发射各类倾角航天器的射向要求,这也是提高发射场利用率的重要因素之一,但一般很难做到。
具有方便的交通运输条件
保证运载工具、航天器、推进剂和各种器材、设备和生活物资等的运输。美国航天飞机的外挂燃料箱,直径8.38米,长47米,除在场区总装外,整体运输只能靠海运。航天飞机发射场建在海边,满足了这一要求。
具有良好的供电和通信条件
航天器在发射前要完成大量测试等准备工作,实施发射和发射后的跟踪测量、数据处理等也需要强大的电力和良好的通信条件。良好的供电和通信条件,是发射场具有活力的重要因素之一。
有利于环境保护
运载工具和航天器所用的推进剂及其废液处理,发射时的声震等,都会对周围地区造成污染。美、俄等国的发射场建在海边或沙漠、沼泽地区,环境污染问题容易得到解决。
具有布设测控站的有利地理位置和工作环境
测控站是航天器发射后,对其进行测量控制的重要的地面机构和设施,是航天发射场建设中的一个重要方面,因此其选址不可忽视。
有良好的社会依托和未来发展的适应性
对于成千上万的发射场工作人员来说,搞好发射后勤和生活保障亦十分重要,故在建发射场前须对所在地经济状况进行调查。
另外,随着航天事业的发展,发射场可能需要扩建和改建,这在选址和建发射场初期就应予以考虑,比如如何利用现有技术力量、工作经验、设备和设施等进行改造扩建,怎样才能节省费用和器材等。美国的航天飞机发射场就是在现有发射场的基础上改建和扩建起来的。
当然,建发射场还有许多要考虑的因素,如国家间关系、外交问题等等。同时满足上述各项是较难的,必须根据具体情况决定取舍。应以主要问题为主,其他问题可以采取措施进行补救。
综上所述,火箭发射场的选址受到多种因素的制约。世界上各方面条件都较为优越的发射场应首推设在赤道上的法属圭亚那的库鲁航天中心。目前,其商业卫星发射承担业务量占世界发射总量的60%以上。
为何天文台多造成圆顶
一般房屋的屋顶,不是平的就是斜坡形的,唯独天文台的屋顶与众不同,远远望去,银白色的圆形屋顶好像一个大馒头,在阳光照耀下,闪闪发光。为什么天文台多造成圆顶结构呢?
将天文台观测室设计成半圆形,是为了便于观测。在天文台里,人们是通过天文望远镜来观察太空,天文望远镜往往做得非常庞大,不能随便移动。而天文望远镜观测的目标又分布在天空的各个方向,如果采用普通的屋顶,就很难使望远镜随意指向任何方向上的目标。这样,用天文望远镜进行观测时,只要转动圆形屋顶,把天窗转到要观测的方向,望远镜也随之转到同一方向,再上下调整天文望远镜的镜头,就可以使望远镜指向天空中的任何目标了。另外,在圆顶和墙壁的接合部装置了由计算机控制的机械旋转系统,使观测研究十分方便。
当然,并不是所有的天文台的观测室都要做成圆形屋顶,有些天文观测只要对准南北方向进行,观测室就可以造成长方形或方形的,在屋顶中央开一条长条形天窗,天文望远镜就可以进行工作了。
发射场的组成部分
因为发射场的规模不同、所承担的发射任务不同,以及受客观场地条件的限制,各个发射场不可能有一个统一的最佳结构方案。然而,综合考虑,所有火箭发射场(航天发射场)还是有共同组成部分的,这就是:技术区、发射区、测控系统、技术保障系统、生活区和后勤保障系统区等五部分。如果发射场还用于发射返回式卫星、载人飞船和航天飞机,则应建有回收区和着陆区。但回收区和着陆区可不隶属于发射场。
技术区
技术区是火箭发射场最重要的组成部分。建筑设施配有各种通用和专用技术设备,用来对运载工具和航天器进行验收、存放、组装、测试,也可以用来对运载工具和航天器进行定期检查。
运载火箭等运载工具和航天器在技术区最后组装,并进行单元测试和综合测试,给运载火箭各级助推器和航天器加注高沸点推进剂和充填压缩气体,并把它们对接好,为运往发射区做好准备。对运载工具和航天器来说,技术区起着从制造厂到发射区的中间环节的作用。
目前,大型和超大型的运载火箭和航天器基本都在技术区组装和测试。组装方式与发射的准备工艺技术有所不同,所以技术区的结构与组成也必然不同。比如俄罗斯在技术区采用水平组装、对接、测试,呈水平态运往发射区。而其他国家则有另外的方案,如美国、欧洲空间局和日本则采用垂直组装、对接、测试,垂直整体运往发射区。这两种方案各有特色。
发射区
发射区是用运载火箭对航天器进行发射的场所,配备有一整套为发射服务的专用和通用设备和建筑。它接纳来自技术区的运载工具和航天器,并把它们起竖到发射台上,进行发射前的最后测试(如果垂直整体运往发射区,就不再进行测试)、加注推进剂、充填压缩气体、瞄准和发射。
一个发射场可有多个发射区,各发射区之间的距离要合理,应考虑万一发生事故时,地面设备和运载工具及航天器的安全,也要考虑发射噪声的影响。
测控系统范围较广,它是设置在发射区和航区上的一系列地面测控站和海上专用的测量船,用以测量航迹、发送指令、接收和处理运载工具和航天器发来的遥测信息。对发射区来说,测控系统除了对运载工具起飞和飞行的初始段跟踪测量外,更重要的是为确保场区安全,要提供安全控制信息。对一个综合性大型航天发射场,场区测控站的布局应考虑既能适应不同倾角的发射跟踪要求,也能满足各个发射区的测控要求,尽可能使测控设备得到最充分的利用。
技术保障系统
技术保障系统是发射场开展工作的神经中枢,是为进行技术准备和事后处理服务的。
生活区和后勤保障系统区
后勤通常包括:供水、供电、供气;通信系统;机场、码头、铁路和公路等交通运输系统;推进剂的生产和贮存区;物资和生活用品供应的集散区;工作人员居住区。特别是地处荒僻的航天发射场,生活区的建设尤其重要(俄罗斯的拜科努尔发射场的生活区已完全城市化,而且已经发展成一个航天科学城,居住有几万人;中国的西昌发射场,位于四川盆地的彝海湖畔,现已建成为具有独立生活保障体系的航天城)。
另外,对从事载人航天的发射场来说,它应建有回收区、着陆区和搜索救生系统。
为何天文台多设在山上
世界上公认的三个最佳天文台台址都是设在高山之巅,分别是夏威夷莫纳凯亚山山顶,海拔4206米;智利安第斯山,海拔2500米;大西洋加那利群岛,2426米高的山顶。
我国的天文台也大多设在山上。如紫金山天文台,它就设立在南京城外东北的紫金山上,海拔267米。北京天文台设有5个观测站,其中兴隆观测站海拔约940米。云南天文台在昆明市的东郊,海拔为2020米。
天文台的主要工作是用天文望远镜观测星星。天文台设在山上,是因为山上离星星近一点吗?不是的。
星星离开我们都非常遥远,地球上的高山一般只有几千米,缩短这么一小段距离,显然是微不足道的。
地球被一层大气包围着,星光要通过大气才能到达天文望远镜。空气中的烟雾、尘埃以及水蒸气的波动等,对天文观测都有影响。尤其在大城市附近,夜晚城市灯光照亮了空气中的这些微粒,使天空带有亮光,妨碍天文学家观测较暗的星星。在远离城市的地方,尘埃和烟雾较少,情况要好些,但是还不能避免这些影响。
越高的地方,空气越稀薄,烟雾、尘埃和水蒸气越少,影响就越少,所以天文台大多设在山上。
世界著名发射场
目前,中国著名卫星发射场有3座:酒泉发射场、西昌发射场、太原发射场。而中国第四座发射场——海南发射场已动工建设。
美国著名发射场主要有3座:肯尼迪航天中心(又称东靶场)、范登堡发射场(又称西靶场)、沃洛普斯飞行中心(在大西洋沿岸一个小岛上)。
俄罗斯著名发射场有3座:拜科努尔发射场、普列谢茨克发射场、卡普斯丁亚尔发射场。
以法国为首的欧洲空间局的著名发射场是设在法属圭亚那境内(位于赤道上)的库鲁发射场。其次是在非洲北部有一座帕勒马希姆内格夫发射场。在东非海边上有意大利的一座圣马科发射场。但后2座远没有库鲁发射场驰名。法国境内还有一个比斯卡罗斯发射场,但较小。
日本是航天国家中的后起之秀,著名发射场主要有2座:鹿儿岛发射场和种子岛发射场。在这两座发射场中又有好多小发射场。
日本著名发射场——种子岛发射场
印度是较晚发展火箭技术的国家。最早在西海岸面对印度洋有一座顿巴发射场,后来又在东海岸面对太平洋建立一座新的发射场——斯里哈里科塔发射场。
澳大利亚有一座发射场,叫武麦拉靶场。
挪威和瑞典各有一个发射场,分别叫安妞那和基律纳靶场。
上述这些发射场大部分都是较大的发射场,也是世界上较为著名的。下面重点介绍几座发射场。
美国肯尼迪航天中心
肯尼迪航天中心位于美国东南方的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多平方千米,射向东南,濒临大西洋,是美国本土最靠近赤道的地方。
该航天中心始建于1962年7月(1947年便开辟成火箭试验发射场),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”号登月飞船就是于1969年7月16日从这里用“土星5”号运载火箭发射的。
该航天中心南北长56千米,东西宽20千米,中心包括技术阵地和发射阵地两大部分。技术阵地建有火箭、卫星及飞船组装和检测厂房,其中装配大楼十分显眼,高160米,容积为360万立方米,楼内配有各类先进测试、记录和显示仪器;发射阵地距技术阵地为5000米远,设有发射控制中心和发射台。该航天中心有23个发射阵地,最著名的是39号发射阵地,有A、B两座发射台。
美国著名发射场——肯尼迪航天中心
这里地处海边,属海洋性气候,全年最低气温约17℃,最高约27℃,气温宜人,晴天较多,但全年大部分月份湿度很大,盐碱腐蚀严重,这给中心的仪器设备的保养增加了难度;5~10月雨量较大,并经常有风暴掠过,雷暴较多,6~8月雷暴最为强烈,该中心极为重视雷暴对发射的影响。
肯尼迪航天中心所使用的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;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。这样做的好处是: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种运载工具,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。
俄罗斯拜科努尔发射场
拜科努尔发射场是前苏联(俄罗斯)三大发射场之一,是最大的发射场。它位于哈萨克斯坦境内的锡尔河畔,处在北纬46°,东经63°20′。
俄罗斯最大的发射场——拜科努尔发射场它始建于1955年初,世界上第一颗人造地球卫星、第一艘载人飞船、第一位女航天员和第一个对月球背面摄影的探测器,都是从这里发射的。无论从发射场规模,还是从发射导弹和航天器的数量来讲,它不仅是前苏联(俄罗斯)最大的发射基地,也是世界上最大的发射基地。
该发射场的正南20千米处是丘拉塔姆镇,故此西方称它为丘拉塔姆发射场。镇上有莫斯科到塔什干的铁路干线通过。拜科努尔镇在发射场的东北,相距288千米(当时前苏联把发射场命名为拜科努尔发射场,是为了迷惑西方国家)。这里地势较低,平均海拔90米左右,为半沙漠草原地区,人烟稀少,属大陆性气候,气温变化较大,全年气温变化在-39℃—45℃之间,年平均降雨量仅60毫米左右,最大风速可达25—30米/秒。冬季寒冷,常有暴风雪侵袭;夏季炎热,平均气温为26.1℃。
在军事导弹试验方面,包括各种洲际导弹的部分射程和全射程试验、导弹分系统研制试验和武器系统试验、多弹头试验和从地下井中进行冷发射试验,以及部分轨道轰炸系统(进入太空,绕地球飞行不到一周的导弹)试验和反导弹、反卫星试验等。从1957年到1992年底,仅洲际导弹试验就进行了约1100次。
和其他发射场类似,拜科努尔发射场主要由发射区、技术测试区、测控站、后勤保障生活区、弹着区和回收区几部分组成。发射场呈Y形布局,东西长约137千米,南北宽约88千米,面积为6717平方千米。航区跟踪站和运载火箭各级的落区,分布在目前的哈萨克斯坦、俄罗斯、土库曼斯坦和乌兹别克斯坦四国境内,共104000平方千米的区域内。生活区被命名为列宁斯克城。
库鲁航天发射中心
库鲁是欧洲空间局的航天港,它位于南美洲东北海岸的法属圭亚那境内。该发射中心地理位置坐标为北纬5°14′,西经52°46′,北临大西洋海岸,位于库鲁地区,故称库鲁航天发射中心,又称圭亚那航天中心。
该发射中心由法国国家航天中心领导。1966年动土兴建,1968年4月启用。该中心自然条件较好,离赤道线极近,有利于火箭的发射。该地区处于非地震区,气象条件优越,是典型的热带气候。气温变化在19℃~35℃之间,年平均气温为27℃,晴天较多,经常刮东北风,但风力不大,也无飓风侵袭。
从地理位置上看,库鲁是全球最佳的卫星发射地点,它可以把卫星向东射入大西洋上空,能得到地球自转的助推,而且向北和向东的海面上有一个很宽的发射弧度。由于这个地方位于赤道之上,所以用同一种火箭把卫星送入赤道上空轨道时,可比在美国卡纳维拉尔角发射多载15%的重量。
自1968年至今,该中心已进行大量的航天发射活动。第一次发射的是一枚“威鲁尼克”号探空火箭。此后,开始执行“钻石”号和“欧洲”号运载火箭发射,现在主要用于发射“阿里亚娜”系列运载火箭。该中心自启用至1995年底,包括气球、探空火箭在内,共进行了497次发射活动,其中“阿里亚娜”系列运载火箭自1979年12月24日首次发射至1995年底,共进行了80次发射。中心的工作人员有1400多名。这里是法国和欧洲空间局从事航天发射活动的重要基地。
值得指出的是,库鲁发射中心不仅有固定发射台,还有活动发射台,设施很先进。库鲁发射中心发射条件较好,射向向大西洋延伸。进行赤道轨道、极地轨道和太阳同步轨道发射时,均无需采取专门的安全保障措施,是一个开展航天发射活动的极好场所。美中不足的是,运载火箭要从欧洲远渡重洋运到这里。
库鲁航天中心的主要设施沿着大西洋海岸线分布,包括技术中心、探空火箭发射区、“钻石”运载火箭发射区和“阿里亚娜”运载火箭发射区。
中国卫星发射场
我国是继前苏联、美国、法国和日本之后的第五个具有独立发射航天器能力的国家,1985年进入国际商业卫星发射服务市场,用“长征”系列运载火箭承揽外星发射服务。目前,除去在建的海南发射场,我国已有酒泉、西昌、太原三个卫星发射中心。其中,西昌卫星发射中心在国际上最为驰名。
西昌卫星发射中心于1983年建成,位于我国低纬度的四川省西昌地区。发射中心总部设在西昌市,发射区在该市西北约60千米的山区,海拔1800米左右,发射点坐标为东经102°01′、北纬28°16′。
中国著名卫星发射场——西昌发射场
这里属于亚热带气候,全年风速不大,无霜期长,有明显的旱、雨季之分,每年6—9月为雨季。因此,每年10月到次年5月是最佳发射季节。
这里的交通也很方便,成昆铁路和川云公路都从此通过,还有直接通往发射区的专用铁路和公路,距发射区45千米的西昌机场,可起降波音747和C—130型大型飞机。
发射中心有安宁河穿过,可谓是人杰地灵之处。
西昌卫星发射中心是我国发射地球静止卫星为主的航天发射基地,用“长征3”、“长征3A”、“长征2E”等型号运载火箭发射通信、广播、气象实验和应用卫星。这里是我国距离赤道较近的一个发射场,中心于1984年开始启用,该发射中心发射了我国第一颗实验通信卫星、应用通信广播卫星及应用通信卫星。1990年4月7日,中心用“长征3”号运载火箭成功地把一颗美国制造的“亚洲1”号通信卫星送入地球同步转移轨道。截至2003年年底,该发射中心共发射了国内外卫星30多颗,是我国发射外星的主要基地。近年来在国际卫星发射市场上已占有一席之地,约占总发射量的10%。
西昌卫星发射中心由技术测试区、发射区、指挥控制中心、跟踪测量站以及通信、气象等技术勤务系统组成。
酒泉卫星发射中心是我国科学卫星、技术实验卫星和运载火箭的发射试验基地之一。使西方国家感到震惊和全国人民为之欢欣鼓舞的我国第一颗人造地球卫星“东方红1”号,就是从这里发射的。它始建于1958年,是我国建场最早的一个发射场,被誉为中国航天第一城。
酒泉发射中心坐落于甘肃省酒泉市东北海拔约1000米的戈壁滩边缘地区,占地面积约2800平方千米,中心地理坐标为东经100°21′、北纬41°21′。这里地势平坦,人烟稀少,气候干燥少雨,全年大约有300天可供进行发射试验的好天气。
如上所述,酒泉是我国最早的发射场,早期的人造地球卫星都是在此升天的。这里的发射条件为:射向东南,可把卫星送入轨道倾角为41°—70°范围的中、低轨道,也可以进行运载火箭的发射试验。这里是中国发射近地轨道卫星的摇篮。
该中心自1970年4月用“长征1”号运载火箭成功地发射了我国第一颗卫星之后,几十年来,共进行了30多次卫星发射,其中包括返回式卫星、科学探测和技术实验卫星,并为国外提供了卫星搭载服务。1987年8月5日和1988年8月5日分别为法国和前联邦德国搭载了实验装置。该发射中心还进行了一系列的导弹和运载火箭试验,为我国航天事业的发展和航天科技人才的培养作出了重大的贡献。
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