SpaceX公司首個新建商業發射場的問題識別與分析

郭鳳明 番紹炳 何基強 張龍

（藍箭航天空間科技股份有限公司）

2014年9月，美國太空探索技術公司（SpaceX）的首個新建商業發射場—博卡奇卡（boca chica）發射場建設動工。目前，博卡奇卡已經有多項土建設施建設完工并投入使用。“星艦”（Starship）的SN系列試驗也已在博卡奇卡完成低溫爆破、跳躍等多項基礎研發試驗。本文根據SpaceX公司提交并通過審查的《環境影響評估》報告（EIS），結合常規運載火箭發射及發射場運營要面對的問題，對博卡奇卡發射場在執行首次入軌飛行試驗前所面臨的一些重要問題進行初步識別和分析。

1 前言

2014年6月，SpaceX公司與美國聯邦航空局的商業航天運輸辦公室（FAA-AST）一起完成了《環境影響評估》(EIS)報告[1]。通過EIS報告，該公司獲得了政府對建設博卡奇卡發射場的支持，其中包含了約3000萬美元的財政獎勵。SpaceX公司計劃利用該獎勵開發和運營發射場。作為回報，該公司承諾提供至少100個全職崗位，并在五年內提供至少2475萬美元的薪資。根據EIS報告，并結合常規運載火箭發射及發射場運營情況可以預判，SpaceX公司在博卡奇卡新建商業發射場仍面臨多方面問題。

2 爆炸風險控制及海上安全

運載火箭存在由于潛在問題而引發爆炸的風險。火箭爆炸可能會造成嚴重的設施損壞、人員傷亡和環境污染等影響。爆炸帶來的危害因素包括爆炸超壓、碎片撞擊、可能的庫區二次爆炸、有毒的廢水廢氣等[2]。

博卡奇卡發射場位于美國德克薩斯州布朗斯維爾（Brownsvillle）以東，距離美國/墨西哥邊境以北不到4.8km，火箭爆炸風險可能延伸至美/墨邊境，引起邊境爭端。因此，博卡奇卡發射場可采用控制安全半徑的方法來應對爆炸風險。

以博卡奇卡發射臺為中心的半徑2.4km內屬于爆炸區。在火箭發射或推進劑加注后，此區域內將清除非必要人員。發射臺半徑4.3km內為禁水區（延伸美國/墨西哥邊界）[1]，在火箭加注前需對禁水區域內的航行船只進行疏散。

博卡奇卡爆炸區域及禁水區

墨西哥灣還有大量運輸船只和固定勘探平臺等設施。在博卡奇卡發射場執行火箭發射，需重視該區域海上安全問題。博卡奇卡近海區域內，娛樂和商業捕魚船只航行頻繁，發射期間船只必須從危險區撤離。墨西哥灣內的遠海區域，大型油輪、集裝箱船、海上游輪等會因火箭子級和整流罩的墜落風險受到威脅。SpaceX公司在EIS報告中表示，將與美國海岸警衛隊合作完成近海和遠海水域在發射任務期間的安全疏散任務。由于火箭發射危險區域涉及墨西哥領海，該公司還需與墨西哥政府進行協調。

除海上船只外，墨西哥灣還有大量石油勘探、鉆探和抽油平臺[3]。雖然博卡奇卡發射場附近石油平臺密度相對不大，但火箭飛行航區內的相關安全問題同樣不容忽視。發射前，平臺操作人員需提前撤離。此外，也可采用簽署無害協議等方式，該方式主要為平臺操作人員在接收到發射通知后，根據SpaceX公司提供的依據法規要求計算出的“人員傷亡預期”（Ec）數值，做出不撤離平臺的決定，并簽訂承擔相應的傷亡預期的協議。該辦法已在加利福尼亞的范登堡空軍基地進行的發射任務中實施。

3 發射射向范圍及殘骸落區

位于墨西哥灣西部的博卡奇卡發射場作為運載火箭入軌發射的起點，向南或向北發射，箭下點均會經過人口稠密的陸地城市。因此，博卡奇卡射向范圍狹窄，僅僅有向東的射向選擇，并沿途有島嶼需要避讓。為避免飛越較多陸地，火箭從博卡奇卡發射后可沿佛羅里達和古巴之間（射向為93°～100°）或墨西哥尤卡坦半島與古巴之間（射向為109°～115°）的狹窄水路飛行。因此，博卡奇卡發射場射向范圍遠小于美國佛羅里達州卡納維拉爾角（Cape Canaveral）發射場。

SpaceX公司建造博卡奇卡發射場主要是為了開展地球靜止軌道（GEO）衛星的商業發射。但其東北部為美國國土，東南部為墨西哥國土，人口稠密，因此很難支持更高傾角軌道的發射任務。由于地球自轉所賦予的額外速度不同，地處較低緯度的博卡奇卡發射場相較于卡納維拉爾角發射場可以提供更大的地球自轉線速度。這本意味著博卡奇卡發射場能有更大的運載能力，但該優勢會被飛行過程中調整軌道面，及為控制落區采用的高彈道方案損失的運載能力相抵消。與卡納維拉爾角發射場不同，博卡奇卡發射場周邊有多個人口稠密的區域。保護這些區域的安全，需要定義火箭飛行安全管道，超出管道的飛行要嚴格管控，通過箭上自主安控或人工遠程安控形式終止飛行。安全管道的確定必須考慮火箭和有效載荷碎片在爆炸后的飛行路徑。如在佛羅里達海峽，南北兩側陸地區域僅相隔約120海里（1海里=1.852千米，不包括任何島嶼），考慮碎片的飛行范圍，安全管道將被進一步縮小，安全控制決策時間也將被進一步壓縮。

博卡奇卡發射場與卡納維拉爾角發射場射向范圍

4 空中安全及飛控跟蹤

博卡奇卡發射場執行火箭發射任務將面臨復雜的空域情況。墨西哥灣附近有大量機場[4]，在美國、中美洲和南美洲之間還存在多個航線橫穿墨西哥灣，航線由多個國內和國際控制中心管理，如臨時改變，需進行多部門協調工作。EIS報告中提到，SpaceX公司將與美國聯邦航空局的休斯敦航空交通管制中心（Houston Air Route Traffic Control Center）以及墨西哥通信與運輸秘書處（Secretariat of Communications and Transportation）協調其發射窗口，以實現空域通關和交通路線調整，但預計協調工作極為復雜。

目前博卡奇卡發射場尚未執行發射入軌任務，也尚未正式實施運載火箭的目標跟蹤、遙測數據下行、外彈道測量等。卡納維拉爾角發射場在喬納森·狄更森導彈測控基地（JDMTA）的跟蹤站可以測控博卡奇卡發射場所發射運載火箭的后期階段，但無法覆蓋火箭入軌前的整條彈道。EIS報告中指出，SpaceX公司與德克薩斯大學布朗斯維爾分校（University of Texas at Brownsville）合作，為博卡奇卡發射場附近提供相控陣雷達跟蹤能力，然而該方案也可能無法滿足遠場測控要求。現階段SpaceX公司還需為入軌前整條彈道的目標跟蹤和數據上下行進行通盤考慮。

5 自然環境

火箭升空過程中，需噴射大量淡水到導流槽內，以抑制噪音和振動，并對導流面施加保護。SpaceX公司計劃在博卡奇卡發射臺附近的水塔中儲存淡水。但由于德克薩斯州缺少淡水，因此只能依靠卡車運輸。SpaceX公司需保證維持足夠的淡水供應量來支持火箭測試及發射。

颶風是博卡奇卡發射場需要面臨的惡劣因素。EIS報告中提到“自1851年以來，德克薩斯州的墨西哥灣海岸共遭受了63次颶風襲擊，幾乎每三年發生一次。自2000年以來，有13次颶風和熱帶風暴襲擊了德克薩斯州沿海”。此外，該發射場地面或高空的風可能轉移及擴大碎屑拋落的危險區域（包括進入墨西哥領土）。

重大的風浪危害也是SpaceX公司需要考慮的問題，包括風浪對于發射場周圍海灘的侵蝕，以及沖刷道路和非高架設施的可能。

6 國際因素

博卡奇卡發射場靠近美/墨邊境，而墨西哥東北部邊境的塔毛利帕斯州（Tamaulipas）極端暴力犯罪活動頻發，暴力事件一直蔓延至德克薩斯州東南部的邊境。因此，發射場的硬件設施、數據、人員的安全性值得SpaceX公司關注。

另一個潛在的問題涉及古巴和其他加勒比國家。目前，美國執行《國際武器貿易條例》（ITAR）和“導彈技術控制制度”（MTCR），對高科技產品或相關技術進行出口保護，火箭和衛星硬件在該條例和制度保護范圍內，由此可見美國對相關技術的重視。如果火箭發射失敗后或回收失敗后掉入海中，其中的高科技產品可能會隨著潮汐而漂移到古巴或其他國家海灘上，從而導致技術泄露問題。雖發生這種情況的概率較小，但也不容忽視。

7 結束語

博卡奇卡發射場在爆炸風險控制、海上及空中安全、射向范圍和殘骸落區、自然環境與國際因素方面均面臨相關問題。但作為一個全新的發射場，其箭體室外焊接總裝、工位無避雷塔設計、新型導流裝置設計等技術細節，依然驚艷著業內人員。未來，博卡奇卡發射場會是SpaceX公司的“超重-星艦”（Superheavy-Starship）運輸系統箭體制造、試驗、發射的主要地點。SpaceX公司將在此掀起更大的商業航天浪潮。