【天問天天問】火箭升空有講究 地點動力細考量
中國的衛星發射中心主要包括酒泉衛星發射中心、太原衛星發射中心、西昌衛星發射中心。而西昌衛星發射中心亦負責管理和使用西昌和文昌兩個航太發射場。這是一個沿海內陸相結合、高低緯度相結合、各種射向範圍相結合的格局,亦是一個理想的衛星發射布局。
目前發射火箭有三種方式,分別是在地面發射、空中發射和海上發射,而中國主要是採用地面發射方式。
地面發射中心
酒泉衛星發射中心、太原衛星發射中心、西昌衛星發射中心三個都是中國的地面發射中心,酒泉衛星發射中心位於西北甘肅省戈壁灘,地勢平坦、人煙稀少、乾燥少雨,每年約有300天可進行發射試驗,是發射航天器的理想場所,也是中國目前唯一的載人航天發射場,亦是世界三大載人航天發射基地之一;太原衛星發射中心位於山西省高原地區,群山環抱、地勢高峻、安全性高,特殊的經緯度使這裏成為近地、極地軌道衛星發射的理想場所;西昌衛星發射中心位於四川省大涼山峽谷腹地,這裏屬於亞熱帶氣候,緯度低,海拔高,地空距離短,發射角度好,峽谷地形發射視窗長,主要承擔地球同步軌道衛星的發射任務。
海上發射中心
海上發射中心,位於山東省海陽港的東方航天港,是中國首個運載火箭海上發射母港,具備優越的地理位置和港口條件,可滿足小傾角、太陽同步軌道等多種軌道衛星的發射需求,具備發展商業航太產業的天然優勢。
海上發射的優點是可以節省運載火箭的燃料,增加運載火箭的有效載荷,這是因為在地球上越靠近地球赤道的地方,地球自轉產生的線速度越大,由於海上發射平台不受陸地限制,可以在海上大範圍移動,亦可以讓火箭找到它的理想的發射地。
在海上發射火箭還具有射向範圍寬的優勢,這是由於海上發射平台四周都是大海,火箭發射的覆蓋和射向範圍基本不受限制,可以滿足地球靜止軌道衛星、大品質極軌衛星、空間站和深空探測器等各類航天器的發射任務。
另外,因為在海上發射火箭可遠離人口稠密區,當火箭發射後,其助推器及第12級的殘骸可直接落入海中,所以能大大提高火箭殘骸墜落的安全性,即使在升空時發生故障或爆炸,也不會殃及平民或地面設施。當然,在海上發射火箭也存在一些不利因素,如容易受到海鹽空氣的侵蝕,且海上多雨和颱風,天氣情況複雜。此外,火箭發射時間不是隨時隨地,而是有發射視窗的要求,發射視窗是指最適合發射火箭進入預定軌道的特定時間段,需要考慮軌道參數、天氣條件等因素。
火箭發動機有兩種
比衝(比衝量、比推力)和推力是最能體現發動機能力的要素。其中,比衝代表火箭的效率,即一千克燃料可以持續產生推力的時間,比衝越高,火箭獲得的總動力越大,最終的速度越快;推力代表的是火箭的力量,是發動機噴出的燃氣產生的向前的反作用力,推力大小直接決定了火箭是否能夠克服地球引力,將航天器送入太空。
目前,世界上絕大部分火箭都屬於化學火箭,化學火箭發動機的類型主要分為液體發動機和固體發動機。固體火箭發動機和液體火箭發動機二者的優點和缺點都相對突出,固體發動機具有結構簡單可靠、易實現大推力、操作維護方便、可長期貯存等優點,但是它也存在推力調節相對困難、比衝偏低、工作時間偏短等劣勢;液體火箭發動機推力調節容易,比衝較高、工作時間較長,但是其在於結構複雜,大推力實現難、操作維護複雜、長期貯存性差等方面存在劣勢。
●梁偉傑 (愛國教育支援中心專業發展總監,兩次行政長官卓越教學獎得主)
介紹:愛國教育支援中心由香港教聯會主辦,旨在加強支援教育界推動國家安全及國民教育。中心今年特別成立航天科普教育基地,設有多個不同學習區,全面展示國家航天科技所取得的突破和成就,增強香港青少年對國家航天科技的認識。