球航天發射場狀分析

譚惠文 徐曉帆（中國電子科學研究院）

編者按：2019年3月，美國戰略與國際研究中心（CSIS）發布了《全球航天發射場（Spaceports of the World）》報告，詳細分析了1957－2018年地基空間發射的情況，包括所有正在使用中和未使用的航天發射場的簡要情況，并收錄了至今仍在使用的22個航天發射場近10年的發射記錄。本文對報告的主要內容進行了摘譯。

60多年前，蘇聯使用世界上第一枚洲際彈道導彈（ICBM）將人造衛星送入軌道，標志著人類第一次成功實現軌道空間發射。從那時起，運載火箭相繼從遍布世界各地的27個航天發射場發射并進入軌道。而未來幾年，空間發射率預計將呈指數級增長，航天發射場將成為全球航天業日益重要的限制因素。

由于地面發射場約占迄今為止所有軌道空間發射的99%，因此本報告只包含地面成功發射入軌的相關信息，而不包括空中或海上移動平臺的發射情況。

1 主要觀點與結論

地基發射平臺仍是主流

雖然包括維珍軌道公司（VirginOrbit）等在內的很多公司正在開發各類空基發射平臺，但目前絕大多數的衛星都是從地面發射的。隨著私營公司繼續從世界各地的地基發射平臺發射運載火箭，發射場運營商將會通過展示它們支持應急發射的能力，以及各類成功發射案例來吸引更多的客戶。

評估航天發射場的三個困難

1）發射清單不齊備。目前只有部分發射供應商發布了他們的發射清單（即將發射和曾經發射的詳細任務清單，以及該次發射的目的、發射場和運載工具等），因此難以根據其實際情況預測下一次發射。

2）發射記錄準確度不高。發射記錄通常僅顯示發射成功或失敗，而不包含其發射的準確性。一旦進入軌道并登記在美國聯合空間作戰中心（CSpOC）在線目錄中，在CSIS數據庫中便標記為成功發射，缺少關于是否進入預定軌道的記錄，無法評估該發射場發射的準確度。

3）發射延遲原因模糊。當發射因天氣原因而延遲時，發射場很少公布延遲的具體信息。由于不可控的天氣因素導致的一連串發射延遲，并不能客觀反映發射場本身的能力，也可能掩蓋發射場真實的發射能力。

空間發射不再保密

與早期不同，如今的空間發射非常公開透明，不僅可以從地面跟蹤發射的衛星，或是從遙感公司購買高分辨率衛星圖像來監測發射場活動，還可以從美國政府獲取官方的CSpOC目錄。

中俄投資低緯度發射，中國影響力不容忽視

在低緯度發射衛星具有節約能源的優點，為此俄羅斯和中國已經爭相投資低緯度的航天發射。俄羅斯將重點轉向南美洲的圭亞那航天中心，2005年開始建造與聯盟號兼容的發射平臺，并于2011年首次發射。雖然中國新建的文昌衛星發射中心因任務延誤導致2018年沒有發射，但在2018年中國仍是世界上發射衛星最為活躍的國家。

方位因素日益重要

航天發射場的方位限制可能是一個日益重要的限制因素。由于自動化飛行的飛行路徑有可能跨越美國聯邦航空管理局（FAA）規定的禁區，這將大大降低航天發射場的發射安全性。

FAA執照并非絕對指標

本文中7個持有FAA許可證的發射場，大多數還只支持水平發射。其航天發射的兩個目標分別是：垂直發射航天飛行和亞軌道航天旅游。截至目前，獲得FAA執照并非實現軌道空間飛行的絕對要求。

2 影響航天發射場的幾個因素

地理因素

軌道發射示意圖

地球不同緯度的表面速度（5個最常用的太空港位于5°（N）～63°（N））

為了將衛星送入軌道，首先要達到一定的高度（圓形軌道至少125km），同時還要有足夠的水平速度（對于低地球軌道需要約7km/s）。衛星高度太低時，如軌道A，大氣摩擦會帶來額外的燃料消耗。衛星高度足夠，但水平速度較低的，如軌道B，也無法進入最終軌道，而是以拋物線、亞軌道返回地球。

（1）低緯度

由于地球自轉，低緯度地區的自轉速度較高，赤道最高速度為465m/s；高緯度地區的自轉速度較低，南北緯60°地區約為232m/s；北極和南極為0 m/s，水平速度方向向東。對于一些太空任務，水平速度可以降低將物體加速到軌道速度所需的能量。這對于需要直接發射到前向軌道的任務非常有用，但直接發射到逆行軌道卻需要向西發射。因此從理論上講，從赤道地區的發射場向東發射一個物體可以最大化地利用地球自轉。

（2）方位角限制

所有航天發射場都有相應的落區，是為了考慮在火箭回落到地球表面或是中止任務時可能對陸地的影響，尤其是火箭推進劑的毒性和墜落碎片等因素使得落區必須避開人口稠密地區或外國領土、空域。卡納維拉爾角發射場的方位角僅限于正東方向發射；范登堡空軍基地的方位角僅限于向南發射。

卡納維拉爾角發射場（左）和范登堡空軍基地（右）的方位角限制示意圖

自然因素

有利的天氣條件對航天發射至關重要，高自然災害風險的國家在建設發射場時必須考慮這一問題。如日本的兩個太空港就位于該國地震最少的南部地區。2010年地震摧毀了日本的主要太空中心筑波航天中心，但南部太空港仍保存完好。

政治因素

建造太空發射場的最大驅動力是政治因素。幾乎所有的發射場都建在一個完全由本國控制的地區，比如Broglio航天中心位于肯尼亞海岸附近的專屬經濟區內，美國和意大利均可進入。此外，為了維持與鄰國之間的政治關系，會對航天運輸能力進行控制。例如，帕爾馬奇姆空軍基地的以色列太空港專門向西發射到逆行軌道以避開其東部鄰國，雖然犧牲了發射效率，但有利于維持區域政治的穩定。

3 全球主要航天發射場及其特點

對全球22個活躍的航天發射場進行了詳細對比：①1957－2018年，每年“主要有效載荷”發射總數；②每次發射軌道的目的地，包括軌道區域和傾角。其中，“主要有效載荷”是指根據CSpOC的軌道物體目錄，在特定發射中的唯一有效載荷或其國際代號中標有“A”字母代碼的有效載荷。主要有效載荷分為5種軌道狀態類別：低地球軌道（LEO）、地球靜止軌道（GEO）、中地球軌道（MEO）、其他軌道與“缺失”。

全球主要航天發射場及其特點

續表