王洪飛 房立晶(中國人民解放軍6379部隊 中國人民解放軍6377部隊)

二期工程建設中的俄羅斯東方航天發射中心
航天發射場負責將太空裝備快速、準確、安全地投送到預定軌道,為執行導航、通信、預警、偵察、作戰等任務提供支持。近年來,隨著航天事業的飛速發展,航天技術愈加復雜,商業競爭日趨激烈,對航天發射場的功能需求越來越高。世界主要航天大國為了能夠占領國際航天市場、提升商業航天競爭力、適應新型運載器發展,大都對本國的航天發射場進行了規劃和建設、新建及擴建。世界航天發射場的建設呈現出蓬勃發展之勢。
2017年,俄羅斯政府批準了《2017-2025年發射場發展聯邦目標計劃》,該計劃體現了俄羅斯的國家航天發展政策,目的是通過在俄羅斯疆域內建立功能齊全的地面航天基礎設施,保障全部類型的俄產火箭以及各類航天器的發射,保障國家安全,保證國際項目及商業項目的實施。該計劃重點包括:為未來航天系統打造科技半成品,包括開展在建中型和重型火箭系統、新一代載人貨運飛船、基于動力運輸模塊的航天器技術準備系統的地面基礎設施設計工作;在東方航天發射中心建立能夠發射雙重用途自動航天器的大型火箭系統;對普列謝茨克發射場的現有地面基礎設施進行改造,研制新的技術系統和設備等。
為擺脫對位于哈薩克斯坦境內的拜科努爾航天發射場的高度依賴,俄羅斯于2012年在遠東地區的阿穆爾州斯沃博德內市開工建設東方航天發射中心,2016年4月28日,發射中心進行了首次發射。2018年9月,東方航天發射中心啟動二期的工程建設,即“安加拉”(Angara)系列運載火箭的發射平臺建設,整個發射平臺包括地下基坑、混凝土構筑物和地面發射平臺三部分。為了控制工程進度和質量,俄羅斯采用了自身的衛星系統來監控發射場二期工程的建設情況,通過對一周之內的信息進行加工處理,記錄所有的變化,如工程量、設備數量,甚至人員數量等。
2020年7月,在完成了發射平臺的地下基坑和混凝土構筑物的建設之后,俄羅斯航天國家集團(Roscosmos)開始地面發射平臺部分向航天發射中心的轉移,即將“安加拉”運載火箭的發射平臺從北德文斯克的茲韋茲多奇卡造船廠港口運送到哈巴羅夫斯克邊疆區的蘇維埃港。預計完成地面發射平臺的安裝后,可實現“安加拉”運載火箭的發射,“安加拉”發射平臺的建成也將結束東方航天發射中心二期的建設。俄羅斯航天國家集團在其2020年度工作總結中指出,東方航天發射中心二期建設穩步推進,整體進度較計劃略有提前;“安加拉”運載火箭發射系統的發射臺重型部件已交付施工現場,技術設備主要部分已安裝完成,2021年將開始系統測試;計劃2023年進行搭載新一代“雄鷹”(Orel)載人飛船的安加拉-A5重型運載火箭的發射試驗。按照規劃,俄羅斯航天國家集團計劃在東方航天發射中心建設第三個發射平臺,用于超重型火箭的發射,以便發射進行深空探測的飛船。

停泊在斯拉夫揚卡的“奧德賽”海上發射平臺
“奧德賽”(Odyssey)海上發射平臺建于20世紀90年代,主要用于發射“天頂”(Zenit)運載火箭。2014年,平臺完成第36次發射后封存。2017年,俄羅斯S7集團(S7 Airlines)出資1.5億美元完成了海上發射平臺全部資產的收購,包括“海上發射指揮官”(Sea Launch Commander)指揮艦、“奧德賽”發射平臺、安裝在平臺上的火箭發射設備、位于加利福尼亞長灘港口的地面設備,以及海上發射公司(Sea Launch)的商標,成為這一平臺的完全所有者。
2020年4月,“奧德賽”海上發射平臺離開美國抵達俄羅斯遠東地區普里莫斯基的斯拉夫揚卡。俄羅斯計劃在15年內用該平臺進行70次商業發射。目前,“奧德賽”海上發射平臺已經拆除了原本發射“天頂”火箭的設施,由于停止發射了6年,因此恢復發射需要修理、更換陳舊的設備,并重新安裝新的設備。未來,這一海上浮動發射平臺計劃用于發射正在研發的新型聯盟-5(Soyuz-5)運載火箭,以取代“天頂”火箭。
作為世界上首個,也是規模最大的航天發射場,位于哈薩克斯坦的拜科努爾航天發射場由俄羅斯租賃和管理到2050年。在美國“載人龍”(Crew Dragon)飛船實現載人飛行之前,近10年來,不同國家的航天員只能從拜科努爾航天發射場前往“國際空間站”(ISS),這里已經成為促進國際合作互動的獨特平臺。目前,俄羅斯與哈薩克斯坦、阿聯酋在重建“加加林發射臺”方面的國際合作最為活躍,而俄羅斯與哈薩克斯坦建造的聯合項目——發射聯盟-5火箭的“巴伊捷列克”(Baiterek)發射系統,更為拜科努爾航天發射場的發展注入了新的動力。未來,拜科努爾航天發射場將繼續發揮國際航天合作現代化技術試驗場的作用。
為適應能短時間周轉的新型、低成本小型發射系統的需要,美國國家航空航天局(NASA)在肯尼迪航天中心39A發射工位南部約1.6km處建造了編號為48的新發射工位,代號為LC-48,這是肯尼迪航天中心自20世紀60年代以來建造的首個新發射臺。
LC-48占地面積約4萬多平方米,位置相對較偏,不會對其他發射場區的運行造成太大影響。作為NASA將肯尼迪航天中心轉型為多任務、多用戶、多用途發射場的發展戰略之一,LC-48的建設項目始于2017年,2019年完成了相關規劃設計,因新冠肺炎疫情影響2020年3月才開工建設,2020年10月完成工程項目建設。與肯尼迪航天中心的LC-39A、LC-39B或SLC-41發射工位相比,LC-48支持發射更小型的運載火箭。該發射工位未配置較多基礎設施,能使用戶節省大量費用,同時也意味著可供多個商業發射服務商和商業研究與開發機構在此開展試驗與發射運營。
美國一直將發展商業航天作為保持其航天強國地位、增強國際競爭力的重要手段。2019年,NASA發布聲明將在澳大利亞建設其首個私營航天發射場。2020年10月,洛馬公司(LM)宣布在英國最北部設得蘭的安斯特島建設商業航天發射場。太空探索技術公司(SpaceX)、火箭實驗室公司(Rocket Lab)和相對論空間公司(Relativity Space)等美國諸多私營航天企業也紛紛開展了私營發射場建設。
2016年9月,火箭實驗室公司在新西蘭完成了全球首個私營航天發射場—1號發射設施(LC-1)A發射臺的建設。但由于發射場位置偏遠,衛星運輸等因素使“電子”(Electron)火箭失去快速發射的優勢。因此,火箭實驗室公司于2018年10月在美國東海岸弗吉尼亞州的沃洛普斯發射場,進行新發射場2號發射設施(LC-2)的建設,于2019年12月完成該發射場建設并正式宣布啟用。隨后,火箭實驗室公司又宣布在原有的新西蘭發射場開工建設第二座發射臺——LC-1B發射臺,該發射臺將以LC-1現有的A發射臺以及剛剛完工的LC-2發射臺的設計方案為基礎并作相應的改進,以期更便于維護。

火箭實驗室公司“1號發射設施”效果圖
2019年1月,相對論空間公司宣布美國空軍批準其在卡納維拉爾角建設發射場,允許其在第16號綜合發射臺(LC-16)所在位置建設發射設施,以支持其人族-1(Terran-1)火箭的發射。設施包括有效載荷處理設施、火箭總裝廠房、水平運輸/起豎車、推進劑儲放區和發射所需的其他設備,這項協議賦予相對論空間公司對該場地20年的獨家使用權。2020年6月,該公司獲得發射6顆“銥”星(Iridium)增補衛星合同,并計劃在范登堡空軍基地B-330位置建造新的發射設施。
2019年12月20日,美國時任總統特朗普簽署授權法案正式成立美國天軍(USSF)。2020年12月,美國時任副總統彭斯宣布由空軍運作的卡納維拉爾角航天發射場更名為卡角天軍站,以反映其已由美國空軍轉隸給新成立的美國天軍。同時,為卡納維拉爾角發射場提供發射操作保障的人員和其他部隊的駐地帕特里克空軍基地也更名為帕特里克天軍基地。聯合發射聯盟公司(ULA)和SpaceX公司在卡納維拉爾角發射場租用的發射臺也將更名。
2018年7月,英國政府宣布在蘇格蘭北部海岸薩瑟蘭建造一個新的垂直航天發射場,并且可能將康沃爾機場開發為水平航天發射場。該場址將允許英國向北發射火箭,允許航天器在太陽同步軌道(SSO)或其他高傾斜軌道運行。英國商務大臣格雷格·克拉克表示,作為一個創新、創業的國度,希望英國成為歐洲大陸具備發射衛星能力的地方,并且作為其實施《工業戰略》的一個舉措。英國蓬勃發展的航天工業、研究能力和航空航天供應鏈,使英國處于開發垂直和水平發射場地的領先地位。
2020年1月1日,印度空間研究組織(ISRO)主席西萬宣布已在杜蒂戈林地區購入土地,建造第二個航天發射場,用于小型衛星發射。新發射場建成后將為ISRO即將推出的“小型衛星運載火箭”(SSLV)提供優勢,該火箭為“極軌衛星運載火箭”(PSLV)較小的副本。新發射場的另一個優勢是允許火箭直接向南發射。此外,位于杜蒂戈林的新發射場距離ISRO運載火箭和衛星推進系統的測試場更近,將火箭從測試場運送至新發射場比運送到薩迪什·達萬航天中心更加節省人力物力。
2019年11月,印度尼西亞國家航空航天研究院(LAPAN)飛行與航天研究中心宣布,將在巴布亞省新建航天發射場。LAPAN具備自行生產衛星的能力,下一個目標是在其境內的航天基地使用國產火箭將衛星送入太空,發射場第一階段工程預計將在2024年之前完成。
作為航天系統工程的重要組成部分,航天發射場是航天器進入外層空間的前提和基礎,是完成航天系統工程任務的前提,技術先進、功能完備的航天發射場也是支撐航天事業發展的必要條件。世界上主要航天大國制定了包括航天發射場在內的航天發展戰略,為建立功能齊全的地面航天基礎設施進行頂層設計。隨著世界商業航天的迅猛發展,諸多私營航天企業也紛紛開展了私營發射場建設。同時,為適應新型運載器的發展和提升航天發射能力,世界航天大國對本國的航天發射場持續進行規劃建設,或擴建新的發射工位,或對設施設備進行升級改造。相信在未來,世界航天的舞臺將會更加精彩!