2003年10月15日是一個值得中華民族自豪的日子。這一天,中國自己培養的航天員楊利偉,乘坐著中國自主研制的載人飛船成功升入太空,并于第二天安全返回,使中國成為第三個獨立掌握載人航天技術的國家。中國唯一的載人航天發射場——酒泉衛星發射中心也向世人展示了其獨特的風采。
酒泉衛星發射中心概況
酒泉衛星發射中心始建于1958年,是中國建設最早、規模最大的衛星發射中心,為我國航天事業做出了卓越的貢獻。從上世紀70年代起,先后成功實現了我國第一顆人造衛星、第一顆返回式衛星、第一次一箭三星、第一次搭載外國衛星、第一艘神舟試驗飛船、第一艘神舟載人飛船的發射。至2007年12月為止,中心已完成了30多顆衛星和6艘飛船的成功發射。
中心地處甘肅、內蒙古交界之處的巴丹吉林沙漠西部,海拔1000米左右,區域內多戈壁和沙漠,地勢平坦、人煙稀少,利于發射場設施建設、測量控制設備布設及航天員應急救生實施。
中心地域四季分明,屬典型內陸性氣候,年平均氣溫9℃左右,相對濕度較低,常年干燥少雨,雷電少。發射場區四季多晴天,云量小,日照時間長,為航天發射提供了良好的自然環境條件。全年均可執行發射任務,年試驗日數在10個月以上。
中心原有衛星發射場已退出現役,現有發射場為上世紀90年代為發射飛船而建,是我國唯一的載人航天發射場。本世紀初,中心又在載人航天發射場東部新建了衛星發射工位,用于長征二號C、長征二號D、長征四號B運載火箭發射衛星。中心具有先進的跟蹤、遙測和控制系統,配備光學、雷達跟蹤測量設備、無線電遙測設備和遙控設備,能完成運載火箭飛行和航天器在軌運行的跟蹤、測量和安全控制;中心毗鄰大型機場,產品和人員進出方便;中心還能提供優質的通信、氣象、發供電、鐵路、公路運輸等技術勤務和后勤保障。
目前,中心具備完成大傾角、中低軌道的載人飛船、返回式衛星及中、高軌道太陽同步軌道衛星的發射能力。
載人航天發射場
載人航天發射場主要由發射區、技術區、試驗指揮區、航天員區、首區測控站和試驗協作區等幾部分組成。
發射區設計較為簡單,建有臍帶塔、導流槽、火箭推進劑加注系統等發射設施及其配套建筑,以完成飛船、火箭等系統檢查測試,加注火箭推進劑,航天員進艙,臨射檢查,瞄準和發射等工作。
技術區是各系統進行技術準備的主要場所,并實施對飛船測試發射的指揮控制。技術區設施較為完備,總數達30余座,主要包括垂直總裝測試廠房、水平轉載測試間、測發控制樓、飛船及有效載荷總裝測試廠房、飛船加注及整流罩裝配廠房、活動發射平臺及其配套軌道等。
試驗指揮區和試驗協作區相鄰,位于中心生活區東側。其中指揮區包括試驗指揮樓和通信樓,配備了完善的指揮、通信設備。航天員區位于試驗指揮樓西南側,用于航天員在登船前的生活、鍛煉和醫監醫保。
首區測控站充分利用原有衛星測控站點,新增了部分測控站,配備了全新的測控設備,測控能力大幅提高。
載人航天發射場設施布局充分體現了“強化技術區,簡化發射區”的現代設計理念。技術區各裝配測試廠房具有良好的環境和保障條件,各大系統的射前技術準備最大限度地安排在技術區完成,在發射區只進行簡單的功能檢查和準備就加注發射;發射區取消了活動勤務塔、地下控制室,只設簡單的臍帶塔;技術區與發射區緊鄰,可以縮短產品在發射工位的時間,提高發射效率;同時安全性好,萬一發生發射事故,可將損失減小到最低限度。
載人航天發射場標志性建筑是技術區垂直總裝測試廠房(以下簡稱垂直廠房)。垂直廠房主要用于運載火箭的起豎吊裝、運載火箭測試、運載火箭與航天器的聯合測試,廠房總面積3萬多平方米,總高超過90米,擁有兩個垂直總裝測試大廳和兩個起豎大廳,規模僅次于美國肯尼迪航天中心39A發射場的垂直廠房。
此外,載人航天發射場還建有垂直整體轉運設施和臍帶勤務塔等大型設施。
垂直整體轉運設施包括活動發射平臺、轉軌車、垂直轉運軌道及基礎三部分?;顒影l射平臺自重700多噸,發射時總重超過1200噸,由自發電變頻控制車驅動,是我國自主創新研制的第一個活動發射平臺。垂直轉運軌道是連接技術區與發射區的紐帶,整條軌道采用無縫鋼軌,軌距為20米,是國內最寬的鐵路。
臍帶勤務塔是發射區的標志性建筑物,塔體高約75米。主要為射前技術準備、航天員進艙及發射提供工作條件,塔上還為航天員緊急撤離設置了防爆電梯和緊急撤離滑道。
載人飛船的發射工藝流程
載人飛船的測試發射采用先進的、具有中國特色的“垂直總裝、垂直測試、船箭組合體整體垂直轉運和遠距離測試發射模式”(簡稱“三垂一遠”模式),采用先進的數字化指揮系統實施測試發射的指揮、監測和控制。
飛船和火箭在技術區進行垂直整體組裝、垂直整體測試,然后整體垂直運輸到發射區加注、發射,可以避免重復組裝測試和狀態改變,提高發射可靠性,縮短發射臺占用時間,減少發射費用;發射準備工作集中到技術區進行,簡化了發射區的設施,提高了發射的安全性和可靠性。
飛船和火箭均采用遠距離測試發射控制技術,主控設備在技術區,采用一點多工位的控制模式,如飛船的測試發射,在測試發射中心放置一套主控設備,前置設備分別放在飛船廠房、垂直廠房和發射區地下設備間,測試發射中心的主控設備分別控制三個工位的飛船測試和發射。
飛船發射的主要流程如下:飛船空運進場、火箭和逃逸塔鐵路運輸進場;飛船各艙段運往飛船總裝測試廠房進行總裝和電性能測試;火箭在水平轉載間進行檢查,進入垂直廠房起豎、對接;飛船之后垂直運往加注與整流罩裝配廠房進行第一次扣罩,船罩組合體再運至垂直總裝測試廠房,進行船箭對接、聯合檢查;船罩組合體返回飛船加注與整流罩裝配廠房卸罩,在垂直狀態下對飛船加注、充氣;飛船第二次扣罩,運至垂直廠房與火箭、逃逸塔對接,并進行轉運前的技術準備;最后船箭組合體垂直整體運往發射區,進行必要的檢查測試后,火箭加注推進劑、發射。
載人航天發射場的數字化指揮系統主要由測試發射指揮監控系統、待發段航天員應急救生指揮控制系統、火箭加注供氣自動控制系統、火箭推進劑廢氣處理自動控制系統、發射場氣象自動化系統和單體設施自動控制系統等組成,是我國航天發射第三代指揮系統。
測試發射指揮監控系統運用先進的數字計算機網絡為核心的信息技術,將指揮、控制、通信和情報信息搜集的功能緊密地結合在一起,完成對飛船、火箭的測試發射指揮監控任務,是目前國內航天發射場技術最先進、規模最龐大、功能最強的測試發射指揮監控系統。待發段航天員應急救生指揮控制系統采用了先進的智能決策支持技術,在航天員登上飛船遇到危險時,將航天員迅速營救到安全區,確保航天員的安全。這個系統是我國載人航天發射關鍵技術之一,對推動我國載人航天技術進步有重大作用。
載人航天發射場的未來
中國載人航天發射場是世界上最先進的航天發射場之一,它最大限度地滿足了運載火箭與飛船對發射場的高可靠性、高安全性要求。發射場合理的設計和先進的測試發射模式,可滿足大型載人飛船、貨運飛船的發射、空間交會對接和空間救援應急發射的要求;發射場自然條件優越,有利于實現發射、回收一體化,用于發射航天飛機那樣的先進天地往返運輸系統。
隨著我國航天事業的不斷發展,中國載人航天發射場必將譜寫出更加輝煌的篇章。