火箭如何选择发射场和发射方式？_风闻

任何一种运载工具都需要停靠和出发的地方。汽车需要车库/车位，轮船需要母港/码头，飞机需要机场/跑道。作为航天时代的运载工具，火箭也需要自己的发射场，按照需求有不同的发射方式。

中国文昌航天发射场（图源：央广军事）

实际上，运载火箭发射面临的问题远远多于传统运载工具。它需要特殊的推进剂，例如液氧、四氧化二氮、煤油、液氢、液态甲烷、联胺等，不同推进剂对加注环境和储备条件要求的严苛程度截然不同；火箭的发射要求快速达到指定轨道，尤其是对于轨道倾角有特殊要求的任务（例如0度倾角的地球静止轨道，98度左右倾角的太阳同步轨道），因而有的要尽力利用地球自转惯性（顺行轨道），有的却要尽力克服（大倾角逆行轨道）；火箭一般是多级的，这也意味着它的发射伴随着残骸的脱落，大部分残骸的高度低、速度低，是一定会“砸”回地球的，砸中花花草草怎么办？等等。

因而，选择火箭的发射场和发射方式，至关重要。也没有任何一个发射场和一种发射方式是完美的，一些航天大国甚至需要建设多个发射场。它们的选择逻辑如下。

1.内陆发射场

建立在陆地上的发射场占地空间大、战略纵深充足、国防军事安全可以保证、配套设施规模大且完善、交通条件和支援措施丰富，优点非常多，毫无疑问是航天发展初期的重要选择。例如，苏联的拜科努尔发射场位于中亚地区的哈萨克斯坦，中国的酒泉、太原和西昌三大卫星发射中心都在内陆。

拜科努尔的“加加林起点”发射平台，是世界最早的载人航天发射平台（图源：NASA）

按照不同航天任务的发射需求，内陆发射场的选址也有所不同。

绝大部分航天任务都要求顺行轨道（倾角在0-90度，自西向东），尤其是高轨的地球静止轨道，因而发射场纬度越低、能够利用到的地球自西向东惯性速度越多。比如在赤道上的地球自转速度约为466米每秒，到了30度纬度就只有403米每秒，到了60度就只有233米每秒了，同一任务对火箭推进剂的需求差别可以达到15%的级别。因而，我国传统三大发射场中最南边的西昌，成为北斗、通讯卫星、嫦娥探月等高轨任务的核心基地。

对于要求逆行轨道（倾角90度以上，自东向西）和极地轨道（倾角90度）的任务，反而需要克服地球自转或者对其不敏感，这就有必要往更高纬度建。因而苏联的普列谢茨克、中国的太原，都是专门发射这类任务的。

普列谢茨克已经接近北极圈，这里适合发射太阳同步轨道和极地轨道。这里因而发射了人类最多的军用载荷，总发射次数接近2000次

对于有特殊需求的载人航天类任务，为了保证航天员/宇航员的绝对安全，往往要求支援配置极其丰富的发射场，例如技术服务、测试演练、发射平台、后勤保障、通信测量、气象台、航天员区域、交通运输、指挥中心等多个区域，还要配合全球的测控通信网、再入返回着陆场要位于本国境内，总体要求极高。苏联的拜科努尔，中国的酒泉，美国的肯尼迪中心和卡纳维拉尔角空军基地，世界范围内仅有这些可以实现载人任务的发射场。

2.滨海发射场

滨海发射场依然处在陆地上，不过已经至少一面临海。因为处在内陆中心的发射场有个天大的缺点：残骸落区问题，在不可回收火箭是主流的过去和今天，这是根本无法避免的问题。苏联的拜科努尔、普列谢茨克发射场，中国的酒泉、太原和西昌发射场，都有这个问题。

卡纳维拉尔角和不远处的肯尼迪空间中心，紧邻广袤的大西洋（图源：NASA）

为此，滨海发射场的优势明显。例如，美国本土由于地理位置和军事实力的优势，几乎所有的发射场都是滨海的。白沙导弹靶场距离太平洋和墨西哥湾都不远，肯尼迪中心和卡纳维拉尔角建在大西洋西海岸，范德堡空军基地靠近太平洋东海岸。因而，肯尼迪中心和卡纳维拉尔角一般是顺行轨道任务、残骸掉大西洋，范德堡空军基地则相反、残骸掉太平洋。欧洲的法属圭亚那发射场也是得天独厚，建在大西洋西海岸。日本的种子岛发射场在日本南端，远离本土，四面环海，亦是如此原因。

中国四大火箭发射场位置图

这也是中国第四个火箭发射基地选择海南文昌的重要原因：1.纬度更低，更大限度利用地球自转惯性；2.几乎四面环海，东、西、南向都不存在残骸落区问题。此外，还有两个重要原因：3.新一代火箭，尤其是推进剂系统需要崭新的配套设施，需要新建，传统的发射场配套很难更新；4.“胖五”（长征五号）这类火箭太“胖”（芯级最大直径5米），没法经过传统铁路运输抵达三大发射场，经由“远望21”和“远望22”航天运输船海上运输就不存在这些问题。

3.特殊发射场和特殊发射方式

在有绝对核心优势的陆地和滨海发射场之外，还有一些特殊应用和需求背景的发射场。

3.1天基发射场

这种发射任务说起来很简单：从太空中发射。

航天飞机从定位上讲也可以叫做“天基发射场”。一方面，宇航员可以直接利用机械臂抛出去“发射”航天器；另一方面，它把航天器运送到环绕地球轨道后，这些航天器也可以自带一个强力的上面级，上面级推动这些航天器直接从近地轨道“发射”，前往更高的轨道甚至深空探测任务。

上面级在本质上而言，也是一种火箭。

伽利略木星探测器发射是由航天飞机和上面级接力完成（图源：NASA）

例如，大名鼎鼎的伽利略号火星探测器就是1998年时被亚特兰蒂斯号航天飞机送入近地轨道、随后“惯性上面级（Inertial Upper Stage）”把它送入了前往木星的轨道。麦哲伦（金星）、尤利西斯（太阳）、钱德拉（太空望远镜）等众多知名深空探测任务，都是这种“天基发射”出发的。

而更广泛的定义来看，空间站就是个大型的“发射平台”，而且发射方式很简单：机械臂扔出去即可。一般情况下，货运飞船可以打包运送很多有效载荷前往，宇航员们在调试完毕后，即可实现一次“发射”任务，已经不需要火箭参与。

例如，国际空间站经常发射小卫星，天宫二号空间实验室任务期间也释放了伴飞卫星。等到2022年我国天宫空间站建成后，从那里“发射”卫星也会是常态。

3.2 海上发射场

既然滨海发射有这么大优势，那为什么不在大洋中间建立一个发射场？尤其是选择赤道附近区域岂不是更好？

中国首次海上火箭发射（图源：央视新闻）

这就是海上发射场和海上发射火箭。一方面，可以选择建立在小岛的军事基地上（美国）；另一方面，则可以建立移动的海上平台，俄罗斯、欧洲、中国都有这种海上平台。中国在2019年，刚刚利用长征十一号火箭完成了本国首次海上发射。

不过海上移动平台有自身的缺点：它不可能做到特别大和多功能，一般仅能发射中小型火箭。

3.3 空基发射场

顾名思义，这种方式就是把火箭放到大型飞机上、抛下去、点火、发射、入轨，它已经没有“发射场”的意义了。但它的意义也是非常明显的，比如为火箭节省了推进剂需求、机动能力极强、几乎完全不受任何战略战术威胁、完全没有任何残骸落区问题（飞到海上）、反应速度快、发射频率高等。

飞马座火箭空基发射（图源：Orbital ATK）

它的缺点在于飞机毕竟也是有能力上限的，不可能运送大中型火箭，也基本不可能运送液体燃料火箭，因而仅能运送一些小型的固体燃料火箭。这种“发射场”和空基发射方式，更多作为技术上战略储备，以备不时之需，目前仅有美国的飞马座空基发射火箭服役。

3.4 水下“发射场”

这种已经很难被叫做“发射场”了，它其实更像是对战略核潜艇和潜射战略导弹的技术测试。根据公开的信息，也仅有美国和苏联利用弹道导弹战略核潜艇进行过此类发射测试，安全性和隐蔽性自然不用解释，但显然不可能发射大型载荷，更多作为战略储备存在。

总体上，这些特殊发射更多作为现有技术的战略储备和补充，它们共同丰富了一个国家的运载火箭发射体系，甚至开创了新的发射方式。

对于一个航天大国而言，以上提到的各种发射场和发射方式，答案显然是：

“小孩子才讲性价比，这些我都要！”

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（本文是航天系列科普24讲第5篇，全部文章将在一年内更新完毕，敬请期待！）