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稍微有点太空知识的人都知道,卫星飞行时,在地球表面投影点的连线称为星下点轨迹。人们用星下点轨迹来表示卫星在地球上空的飞行路线。
轨道倾角为0°时,卫星轨道平面和赤道平面重合,此时卫星就在赤道上空飞行,其星下点轨迹为沿赤道运动的直线。当卫星运行在地球静止轨道时,星下点轨迹缩为赤道上的一个点。
轨道倾角为90°时,卫星轨道平面通过南北极,卫星在绕地心运转时,地球也绕其自转轴旋转,两种运动合成使卫星的星下点轨迹经过整个地球表面。
轨道倾角越大,星下点轨迹的范围越大,卫星所覆盖的南北范围也越大,星下点所达到的最大纬度等于轨道倾角。所以对地观测卫星,如军用侦察卫星、资源卫星等都采用比较大的轨道倾角。
由于运载火箭发射时大致在一个包括发射点在内的发射平面里运动,所以卫星轨道平面和发射平面相差不大。在任何发射位置向正南或正北发射,都可以发射大轨道倾角的卫星。但如果要发射小轨道倾角的卫星,就受到发射点纬度的限制。如果不考虑相当费能量的横向机动,发射点纬度值就是从该发射场可能发射的最小轨道倾角值。这就是说,发射点纬度限制了该发射场所能发射的最小轨道倾角,即发射的卫星最小轨道倾角就是该发射点的地理纬度。如果要发射更小轨道倾角的卫星就比较困难,需要采取横向机动,这要消耗较多能量。
所以,在选择发射场时,应当尽量在低纬度地区选择,最好选择在赤道附近,这样才不会限制小轨道倾角卫星的发射。此外,低纬度发射场还可以使火箭得到更大的地球自转赋予的向东的初速度,提高运载能力。
卫星所需要的速度很大。民航飞机的速度一般约300米/秒,战斗机的速度可达700米/秒,而卫星的速度要达到7500米/秒以上,所以发射卫星很费劲。火箭发射时有效载荷质量只有起飞质量的1%~2%,其他绝大部分是燃料质量,少部分是结构质量,因此提高运载能力显得非常重要。
在向东发射时,地球自转赋予的初速度减少了火箭所应提供的速度增加量。当发射点在赤道时初速度最大,达到465米/秒,随着发射点纬度增加初速度逐步减小。粗看起来这初速度比第一宇宙速度小很多,但是对运载能力的影响却很大。在向南(或向北)发射极轨卫星时,向东的初速度没有用处,其运载能力就比向东要小,对一些动载火箭向东发射要比向南(或向北)发射极轨卫星运载能力大一倍,所以大多数卫星部是向东发射的。
发射场选择低纬度地区对发射地球静止轨道卫星还有一个好处,就是卫星需要消除的轨道倾角小,它节省了卫星变轨能量。这是因为火箭将卫星送入的轨道是地球同步转移轨道,卫星工作的轨道是地球静止轨道,由地球同步转移轨道到地球静止轨道的变轨任务一般是由卫星承担,卫星在远地点附近变轨时除了需要增加速度外,还需要改变速度方向,以消除轨道倾角。如果转移轨道的轨道倾角小,卫星改变轨道倾角的任务就轻,卫星的能量消耗就小,卫星运行寿命就长。这就是为什么总是尽量将航天发射场选择在低纬度地区的道理。目前,国际上公认理想的发射场是设在南美洲圭亚那库鲁的发射场。其纬度为南纬5°,由欧洲有关空间机构管理,“阿里安”火箭就是在这里发射的,这也是“阿里安”火箭一个重要的竞争优势。
俄罗斯地理纬度较高,发射小倾角轨道卫星很困难,为此他们采取了一系列技术措施,在苏联时代,考虑到发射地球静止轨道卫星的困难,也考虑到苏联广大地区纬度偏北,地球上静止卫星不能覆盖高纬度地区,于是干脆发展采用63°左右倾角的大偏心率轨道的通信卫星,以回避发射小倾角轨道卫星的问题。中国位于俄罗斯南方,火箭发射比俄罗斯有天然的地理优势。众所周知,我国三大航天发射基地酒泉、西昌、太原的初选地址都在毛泽东时代,那时候中国面临的国际形势比较紧张,出于战略安全考虑,我国将三大航天中心都选择在中国大陆腹地,远离边境线和沿海。冷战结束后,中国的周边形式已经缓和。随着中国经济的持续发展,中国人探索宇宙奥秘的步子已经随着神舟系列飞船的发射成功越迈越大,建立永久性航天站、探索和登陆月球的“嫦娥”计划也已经提上日程。设想中国航天业的瓶颈是什么?我们的探空计划的最大障碍又是什么呢?答案可能是出人预料的-----大推力的火箭。
人类要上天,第一个要解决的就是运载火箭的问题。我们知道,人类要将一公斤重量送入太空中,就要消耗成百上千公斤的燃料。因此,卫星专家总是在绞尽脑汁在保证卫星功能齐备的同时尽量减轻卫星的重量,但是,运载火箭体积不能无限膨胀,无限膨胀的火箭带来的直接后果是航天发射场的膨胀;卫星的重量也不能无限减轻,毕竟质量是永恒的;那么,设想在现有的技术条件下,如何能将长征F火箭的推力从70多吨提升一个档次,如何让正在研制的新一代运载火箭的推力从120吨提高一个档次,让我们在进行月球登陆时不费吹灰之力,见效最快的方法,就是将我国的航天发射场从北方高纬度的内陆地区“搬”到南方低纬度的沿海地区,让我国的火箭发射时,不用在上了天之后再转一个大弯,白白消耗燃料。
那么,这个中国的“第四”航天发射场,应该选在哪个地方最合适呢?从中国地图上看,西沙永兴岛、香港地区、雷州半岛和海南岛四个地方比较适合。中国大陆南边面积较大的岛,是西沙永乐群岛的永兴岛,1.85平方公里,做航天发射场小了一点,现在上面有雷达站,有航天测控站和飞机场,1974年中国大陆为了这个岛还和越南打了一仗,是中国镇守南海的重要据点,从地点上说,是纬度很低的一个岛,符合低纬度的条件,虽有中国南海舰队在附近游弋,岛上也有飞机场,但毕竟是前沿阵地,说不定哪天南海有战事,或台湾省有事,国家投资上百亿的一个航天发射场,马上就成为敌国攻击的目标,所以,此岛不合适。香港地区,面积1000平方公里,经济发达,人口众多,基础设施好,而且可把航天发射作为当地的一个旅游观光项目,每年能为国家带来大量收益,跟美国的佛罗里达卡那维拉尔角一样,但缺点也是大大的:人口众多稠密,如果发射不成功掉下来,损失也是难以估量的;雷州半岛,面积1.3万平方公里,附近有湛江港,有南海舰队基地,安全有保障,各方面条件都不错,但偏偏雷州半岛在几百万年至十几万年前,曾是火山活动非常活跃的地区,目前有址可查的各种类型火山遗迹共有76座,总面积有3136多平方公里,约占整个雷州半岛面积的四分之一,像航天发射场这样投资巨大,安全要求极高的工程,选择这样的一个地方也是不明智的,所以,雷州半岛也只能忍痛割爱了。最后,就是海南岛了,面积3.39万平方公里,面积够大,进可攻,退可守,旅游业发达,人口有787万,但并不集中,也和我国台湾岛一样,是中国大陆沿海“永不沉没的航空母舰”,当初国民党从中国大陆撤退,海南岛就是国民党的最后据点之一,最后也被老毛的百万雄兵打跑了。面积是够大了,条件也比较好,就是运输有问题,没有直通的铁路和公路,虽然有定期的轮船和航班,但像运输上百吨的运载火箭和几十吨的卫星及载人飞船,终究比不上铁路和公路来得方便。但随着跨海铁路的开通和修建海底隧道提上日程,海南岛和大陆的交通应该可以迎仞而解。如果此设想成立,那么海南的旅游业又新增一个项目:看航天发射。
如果在海南建立卫星发射场,我国的长征系列火箭以及后来的新大推力火箭,推力将提升10%,这可是非常不容易的。在将来的登月计划中,长征系列运载火箭将轻易的将我国的载人飞船送上月球,建立月球基地,或将载人飞船送上太空,建立我们的永久性航天站。如果在附近再建立洲际导弹发射场,我国现有的东风41导弹,将轻而易举的打到地球上的任何地方,到那时,鼓噪“中国威胁论”的反华分子,才真正感受到中国的实力。
可偏偏,中国政府现在却没有任何要在海南建立运载火箭发射基地的动作,这真的很让人费解,难道,中国政府真的没有人懂技术?
难道中国的航天从业者都搞政治去了?希望有真正关心中国航天业的人来看到这个文章。
海南省,将成为中国航天世纪的福地。
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