球航天发射场状分析

谭惠文 徐晓帆（中国电子科学研究院）

编者按：2019年3月，美国战略与国际研究中心（CSIS）发布了《全球航天发射场（Spaceports of the World）》报告，详细分析了1957－2018年地基空间发射的情况，包括所有正在使用中和未使用的航天发射场的简要情况，并收录了至今仍在使用的22个航天发射场近10年的发射记录。本文对报告的主要内容进行了摘译。

60多年前，苏联使用世界上第一枚洲际弹道导弹（ICBM）将人造卫星送入轨道，标志着人类第一次成功实现轨道空间发射。从那时起，运载火箭相继从遍布世界各地的27个航天发射场发射并进入轨道。而未来几年，空间发射率预计将呈指数级增长，航天发射场将成为全球航天业日益重要的限制因素。

由于地面发射场约占迄今为止所有轨道空间发射的99%，因此本报告只包含地面成功发射入轨的相关信息，而不包括空中或海上移动平台的发射情况。

1 主要观点与结论

地基发射平台仍是主流

虽然包括维珍轨道公司（VirginOrbit）等在内的很多公司正在开发各类空基发射平台，但目前绝大多数的卫星都是从地面发射的。随着私营公司继续从世界各地的地基发射平台发射运载火箭，发射场运营商将会通过展示它们支持应急发射的能力，以及各类成功发射案例来吸引更多的客户。

评估航天发射场的三个困难

1）发射清单不齐备。目前只有部分发射供应商发布了他们的发射清单（即将发射和曾经发射的详细任务清单，以及该次发射的目的、发射场和运载工具等），因此难以根据其实际情况预测下一次发射。

2）发射记录准确度不高。发射记录通常仅显示发射成功或失败，而不包含其发射的准确性。一旦进入轨道并登记在美国联合空间作战中心（CSpOC）在线目录中，在CSIS数据库中便标记为成功发射，缺少关于是否进入预定轨道的记录，无法评估该发射场发射的准确度。

3）发射延迟原因模糊。当发射因天气原因而延迟时，发射场很少公布延迟的具体信息。由于不可控的天气因素导致的一连串发射延迟，并不能客观反映发射场本身的能力，也可能掩盖发射场真实的发射能力。

空间发射不再保密

与早期不同，如今的空间发射非常公开透明，不仅可以从地面跟踪发射的卫星，或是从遥感公司购买高分辨率卫星图像来监测发射场活动，还可以从美国政府获取官方的CSpOC目录。

中俄投资低纬度发射，中国影响力不容忽视

在低纬度发射卫星具有节约能源的优点，为此俄罗斯和中国已经争相投资低纬度的航天发射。俄罗斯将重点转向南美洲的圭亚那航天中心，2005年开始建造与联盟号兼容的发射平台，并于2011年首次发射。虽然中国新建的文昌卫星发射中心因任务延误导致2018年没有发射，但在2018年中国仍是世界上发射卫星最为活跃的国家。

方位因素日益重要

航天发射场的方位限制可能是一个日益重要的限制因素。由于自动化飞行的飞行路径有可能跨越美国联邦航空管理局（FAA）规定的禁区，这将大大降低航天发射场的发射安全性。

FAA执照并非绝对指标

本文中7个持有FAA许可证的发射场，大多数还只支持水平发射。其航天发射的两个目标分别是：垂直发射航天飞行和亚轨道航天旅游。截至目前，获得FAA执照并非实现轨道空间飞行的绝对要求。

2 影响航天发射场的几个因素

地理因素

轨道发射示意图

地球不同纬度的表面速度（5个最常用的太空港位于5°（N）～63°（N））

为了将卫星送入轨道，首先要达到一定的高度（圆形轨道至少125km），同时还要有足够的水平速度（对于低地球轨道需要约7km/s）。卫星高度太低时，如轨道A，大气摩擦会带来额外的燃料消耗。卫星高度足够，但水平速度较低的，如轨道B，也无法进入最终轨道，而是以抛物线、亚轨道返回地球。

（1）低纬度

由于地球自转，低纬度地区的自转速度较高，赤道最高速度为465m/s；高纬度地区的自转速度较低，南北纬60°地区约为232m/s；北极和南极为0 m/s，水平速度方向向东。对于一些太空任务，水平速度可以降低将物体加速到轨道速度所需的能量。这对于需要直接发射到前向轨道的任务非常有用，但直接发射到逆行轨道却需要向西发射。因此从理论上讲，从赤道地区的发射场向东发射一个物体可以最大化地利用地球自转。

（2）方位角限制

所有航天发射场都有相应的落区，是为了考虑在火箭回落到地球表面或是中止任务时可能对陆地的影响，尤其是火箭推进剂的毒性和坠落碎片等因素使得落区必须避开人口稠密地区或外国领土、空域。卡纳维拉尔角发射场的方位角仅限于正东方向发射；范登堡空军基地的方位角仅限于向南发射。

卡纳维拉尔角发射场（左）和范登堡空军基地（右）的方位角限制示意图

自然因素

有利的天气条件对航天发射至关重要，高自然灾害风险的国家在建设发射场时必须考虑这一问题。如日本的两个太空港就位于该国地震最少的南部地区。2010年地震摧毁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

建造太空发射场的最大驱动力是政治因素。几乎所有的发射场都建在一个完全由本国控制的地区，比如Broglio航天中心位于肯尼亚海岸附近的专属经济区内，美国和意大利均可进入。此外，为了维持与邻国之间的政治关系，会对航天运输能力进行控制。例如，帕尔马奇姆空军基地的以色列太空港专门向西发射到逆行轨道以避开其东部邻国，虽然牺牲了发射效率，但有利于维持区域政治的稳定。

3 全球主要航天发射场及其特点

对全球22个活跃的航天发射场进行了详细对比：①1957－2018年，每年“主要有效载荷”发射总数；②每次发射轨道的目的地，包括轨道区域和倾角。其中，“主要有效载荷”是指根据CSpOC的轨道物体目录，在特定发射中的唯一有效载荷或其国际代号中标有“A”字母代码的有效载荷。主要有效载荷分为5种轨道状态类别：低地球轨道（LEO）、地球静止轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）、其他轨道与“缺失”。

全球主要航天发射场及其特点

续表