為長征五號量身打造的文昌發射中心，究竟有啥不一樣？

出品| 網易新聞

作者| 李會超，中科院國家空間科學中心博士研究生

　　2016年6月25日，隨著中國新一代中型運載火箭長征七號發射成功，「中國文昌航天發射場」的名字也出現在了公眾的視野中，成為繼酒泉、太原、西昌之後中國第四個航天發射中心。

　　可能有人要問，為什麼會是文昌？和其他三個發射場相比，它究竟有何優勢？四個發射場之間有沒有什麼特別的航天任務分工？在第三個中國航天日到來之際，我們為大家一一揭曉答案。

（一）在沿海建發射場，好處只多不少

　　在長征5號、長征7號火箭剛開始研發時，火箭體積與發射場位置間的矛盾就開始暴露出來了：中國之前使用的酒泉、太原、西昌三個發射場都處在中西部內陸之中，火箭在東部地區的廠房中製造完畢後，必須通過鐵路將一節一節的火箭運輸到發射場去。要提高火箭的運載能力，火箭的體積必須增大，但鐵路隧道無法允許直徑比長二、長三的3.5米更大的火箭通過。於是，決策者們將目光投向了祖國的南海，決定在海南文昌修建新的發射場。

　　實際上，在上世紀70年代，海南就已經入圍當時發射場設置地點的備選名單。但因為當時中國海空軍力量薄弱，周邊形勢又比較緊張，沿海發射場易遭敵人襲擊，航天部門才不得不將發射場設在了戈壁灘中。

　　現在，得益於強大的國防，我們顯然不用再擔心外部威脅。在文昌發射場建成後，直徑超過5米的大型火箭在天津的廠房生產完畢，可以通過輪船運抵文昌，體積不再受限。

　　另外，航天器由火箭發射時，必須加速到第一宇宙速度以上，才能成功進入軌道而不至於掉落地面。儘管地球自轉一圈的時間在世界各地都是一樣的，但緯度越低的地區，離地球自傳軸越遠，實際的自轉速度就越快。就像航母在放飛艦載機時一般要逆風全速航行，以給起飛的艦載機助力一樣，發射場的地理緯度越低，就能從地球這個「超級航母」中獲得越多的起飛速度，從而節省自身的燃料。

　　酒泉、太原、西昌發射中心的地理緯度分別為北緯41度、38度和28度。如果大家仔細觀察以往的發射新聞，就會發現嫦娥系列探月飛船、各類運行在地球同步軌道的通信衛星等航天器都是從緯度最低的西昌發射的。這是因為這些航天器的軌道高度比較高，最需要地球自轉「助力」。

　　而文昌的地理緯度為19度，比其他三個發射場的地理緯度都低。據計算，同一枚火箭在此地發射有效載荷的能力可以較西昌提高10%~15%。同時，由於距離赤道更近，定軌於赤道上空的地球同步衛星，在發射後的變軌過程將更加簡單，省下的燃料可以讓昂貴的衛星在太空中多工作兩年。

　　未來，發射嫦娥五號返回式探月飛船、火星探測器等深空探測器和空間站艙段等大型載荷時，地球的「助力」將讓發射變得更高效。

　　再者，火箭發射後，需要不斷丟棄完成工作的部分。同時，一旦火箭在發射過程中出現意外，也有可能墜落地面。為了減少這些情況可能造成的人員傷亡和財產損失，火箭從發射場起飛後必須盡量向人煙稀少的方向飛行。

　　在內陸地區發射場執行發射任務時，火箭的發射方向不可避免的要受到附近人口密集地區的限制，必要時還要疏散附近居民。而文昌發射基地正東和正南都是大海，火箭起飛後可以選擇的起飛方向較寬。火箭工作過程中，第一級將脫落於東沙群島附近海域，第二級將脫離於南太平洋海域，基本沒有安全風險。

（二）與三位前輩相比，文昌發射場有啥不一樣？

　　除了以上介紹的先天優勢外，文昌發射場還實現了中國火箭發射模式的全方位升級。

1．採用新的發射活動平台，火箭可以直接發射了

　　以往，中國的大部分火箭採用的都是「分級轉運、垂直總裝、垂直測試」的發射準備模式，火箭和衛星在到達發射場後，先分別進行測試，再一件一件地運到發射塔，像搭積木一樣自下到上拼裝，最終在發射塔上組成準備發射的完整火箭。之後，再進行整枚火箭的發射準備工作。

　　這樣可以把火箭總裝的裝置與發射塔合二為一，降低了建設成本，是一種性價比較高的選擇。但在這種模式下，一枚火箭長期佔據發射塔，發射場在一段時間內能夠發射的火箭數量受到限制，火箭總裝作業也容易受天氣條件影響。

　　在文昌發射場啟用之前，承擔著載人航天任務的長征2F火箭採用了「垂直轉運、垂直總裝、垂直測試」的三垂方法，火箭先在酒泉基地總裝廠房中完成總裝、測試，再轉運到發射塔發射，縮短了準備時間，提高了可靠性。但長征2F火箭在轉運時需要先「關機」，斷開與總裝廠房測試控制設備的連接，待轉運到發射架後，再與發射架的另一套測試控制設備連接後「開機」，才能發射。

　　而文昌發射場除了保持三垂方式外，還採用了新的發射活動平台來進行火箭轉運。

　　在廠房中，火箭的總裝測試都是在發射活動平台上完成的。從廠房轉運到發射塔的過程中，火箭通過臍帶塔與活動平台保持連接。火箭可以保持「開機」狀態轉運到發射架，直接從活動平台上發射。火箭從轉場到發射的時間最多可以縮短到一天半，還大大降低了轉運過程中火箭狀態出現異常的可能，從而實現每年4枚長征五號、5-6枚長征七號的發射能力。

　　活動平台的重量高達2000噸。在轉運時，它的重量由16個軌道上的輪子支撐。當到達發射架後，「千噸重擔」則會轉移給發射塔下的8個巨大的液壓臂。臍帶塔兩邊設置了兩個擺桿，使火箭在8級大風中也能穩穩地移動。為了在轉運過程中讓發射平台「拐彎」，發射場還突破了「單軌差速轉彎行走技術」，使中國成為第二個掌握該技術的國家。

2．垂直總裝廠房高度刷新紀錄，扛風能力卻一點兒不差

　　文昌發射基地擁有兩座垂直總裝測試廠房，兩座廠房分別為長征五號和長征七號火箭量身定做，通過共用的火箭水平轉載廠房相連接。

　　長五廠房高99.4米，長七廠房高96.6米，兩座廠房的高度均超過了曾經的亞洲最高單層建築——酒泉基地長征2F總裝廠房，是「基建狂魔」創造的又一個奇觀。其中，長五的501號廠房更是創造了亞洲最大的鋼鐵之門、亞洲單層最高的廠房、國內最高的桁架安裝等紀錄。

　　這樣的建築高空施工難度大，鋼骨結構中的鋼筋綁紮複雜，混凝土澆築結構較大，高空施工平台的設置也有不小難度。曾經承建酒泉長征2F廠房的中建八局又一次成功解決了種種問題，讓這兩座龐然大物屹立在了大海之濱。2014年7月，面對最大風力達18.4級的超強颱風「威馬遜」的正面衝擊，幾座廠房安然無恙。

　　對一般的房屋來說，門窗的安裝是建築施工最後的掃尾內容。但501廠房的大門，總重達784噸，由數十扇重達30噸的鋼桁架鐵門拼裝而成，再由數十噸重的巨型門軸銜接，製造、安裝過程都很複雜。

　　為了讓兩扇81米高的大門能夠嚴絲合縫地關好，設計人員對鐵門的垂直度和尺寸精度提出的要求都很高。除了將鐵門的開關方式由長征2F廠房的推拉式改為液壓控制的對開式外，鐵門項目團隊經多輪專家認證，研究出「多組地面卷揚機與屋頂固定滑輪組組成的吊裝系統」，採用「小角度變幅控制技術」「多點精度控制技術」等工藝，確保鋼門框內框尺寸不出現正偏差以及鋼大門的精確安裝，一舉攻破不少技術難關。

3．攻克大容量低溫推進劑轉運儲存，解決「冰火兩重天「

　　長征五號和長征七號火箭都使用了液氧、煤油、液氫等新燃料，雖然這些燃料具備綠色無毒、低價高效等優點，但是液氧和液氫分別需要零下183度和零下252度的儲存條件。而在火箭發射時，火箭噴出的烈焰溫度高達2800度。

　　為了應對冰火兩重天的考驗，文昌發射場在沒有現成經驗可以照搬的情況下，突破了大容量低溫推進劑的轉運儲存難關，創新了大流量低溫推進劑並行在線加註技術，保證了低溫燃料的正常使用。

　　發射平台底部的導流槽塗有特殊材料製成的抗高溫塗層，能將火箭噴出的烈焰快速導向兩側。在發射塔底部安裝的噴水裝置會在火箭點火前幾秒鐘自動啟動，在20秒之內將400噸水噴射出去，給發射平台降溫。

　　在這些措施的共同作用下，火箭尾焰對發射台的灼燒被快速降低，保護了發射平台的安全。

4．虛擬合練一百天，為新型火箭量身打造

　　作為一個為新型火箭量身打造的發射場，在文昌發射場尚處於設計階段時，各種火箭、航天器的測試任務，就已經在計算機虛擬的發射場的廠房、塔架中展開。

　　這樣的虛擬測試，為發射場的各個建築及測試發射、測量控制、通信、氣象、技術勤務保障等五大系統之間的介面協調、流程驗證等，做了最精確的分析。

　　在發射場投入第一次發射任務之前，火箭發射的技術人員為長征七號和長征五號都進行了一百多天的合練，模擬火箭在發射場中可能出現的任何情況。例如，一旦火箭因為什麼原因終止發射，就要將易燃易爆的燃料從火箭中卸載。

　　經過合練，在投入使用前，文昌發射場就已經建立起了一支成熟的人才隊伍。

（三）航天發射場保密程度高？文昌：不存在的

　　一般來說，航天發射場往往還承擔國防試驗任務，保密程度非常高。在緊鄰酒泉發射基地的東風航天城，一塊「竊密必被抓，抓住就殺頭」的標語牌提醒試圖進入的人，此地是戒備森嚴的軍事重地。

　　而文昌發射場是一座純粹的航天發射場，在設計建造之初就提出了建設中國首座開放航天城的目標。

　　在發射基地旁，中國還將建設一座亞洲最大的航天主題公園，開展航天旅遊和科普教育活動。在航天基地內部甚至總裝廠房內，都設置了專供遊客參觀使用的通道。

　　未來，家長們在寒暑假帶孩子到海南，學習航天科學知識、感受發射場的科技氛圍，也許是比去大型主題遊樂園更好的選擇。

結語

　　文昌發射場的論證建設是與長征五號、長征七號等下一代大推力火箭同步開始的，是為新火箭量身打造的新發射場。文昌發射場不但具有緯度低、射向寬的先天優勢，還在發射場的建造運行中運用了不少新技術，使得中國航天發射實現了質的升級。不僅如此，未來它還將成為中國首座開放航天城，向公眾開放參觀。

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編輯| 孫健航、史文慧