首先是对水源的要求。因为火箭在升空时会喷射出炽热的火焰,形成极度的高温,必须在火箭升空后用大量的水降温来冷却发射台。同时,航天器的发射要有各种的技术支持,要有许多技术人员的参与,所需的生活和工业用水也是一个不小的数字。所以发射场一般都要建立在水源比较丰沛的地方。
还有火箭发射方向的航区近百千米的区域内最好没有高山密林和比较集中的居民区和工业区,因为航天器的发射会造成一些不可避免的危害,例如运载火箭燃料燃烧时产生的危害环境的有害气体;火箭发射时产生的巨大的危害人体健康的噪声。另外,火箭的第一级在完成运载航天器的任务后会自动坠毁,其残骸会降落到发射场附近的范围内;而航天器发射时发生事故后,宇航员被逃逸飞行器带离现场后也会降落在这一范围内。这种环境的选择是为了便于在紧急的情况下进行宇航员的救生工作,还有保障地面居民的安全。
另外,发射区在发射中还要安排一支强大的搜索救援队伍,以防止在发射时发生意外,尽最大可能保障宇航员的生命安全。
被誉为“戈壁明珠”的酒泉发射中心,是我国目前最大也是设备最先进的卫星发射中心,曾经为我国的卫星发射工作立下了赫赫战功,我国的第一颗人造地球卫星——“东方红1”号就是在这里升上太空的,就是在这里结束了我国没有卫星的历史。
当时,酒泉卫星发射中心的环境条件基本上满足了载人航天发射的要求,然而其设备条件还不能满足载人飞船的发射要求,在充分利用已有公共设施的基础上,又建立了一个新的发射区。
(2)“三垂”模式
新的发射场的建立遵循了“在确保安全可靠的前提下,强化技术区、简化发射区,从总体上体现中国特色和技术进步”的指导思想,采用了与国际先进水平接轨的“三垂”模式和远距离测试发射控制技术。
什么叫“三垂”模式呢?在介绍这个问题之前还要对发射场的情况做一个简单的介绍。
一般发射场为了工作方便与安全,主要分成了两个区域:一个称为技术区,其中有条件讲究的测试厂房和完备的测试用的仪器和设备,火箭和飞行器首先要运到技术区,在这里分别进行必要的装配和各自的检查、测试;在距离技术区一定距离的地方是发射区,用来发射各种航天器,在发射区内用来进行发射的地点叫做发射工位,这里有发射台和高大的发射塔架,有时在一个发射区内可以有好几个发射工位。
按照以往的情况,火箭和飞行器分别以水平的方式运送到发射区,然后把火箭一级一级竖立起来进行对接和连接固定,接着再把要发射的飞行器由发射塔架的吊车吊装在火箭的最后一级顶部,进行连接和固定,最后还要进行测试,经过这一道道的工序,飞行器才可以进行发射。这样的工作复杂,且操作的时间很长,已经不再适应迅速发展的航天事业。
而所谓的“三垂”模式,就是指垂直总装、垂直测试、垂直运输和发射这三项垂直工作的总称。在“三垂”模式里,火箭和飞行器就在技术区的厂房内进行垂直状态的总装和对接,然后就地进行垂直状态的分别测试和联合测试,在做好充分的准备后,状态不变地以垂直方式直接运送到发射场进行加注发射。
“三垂”模式对技术区的厂房要求很高,由于飞行器要在厂房中垂直总装,所以总装车间的厂房是很高的,光大门就有七八十米高,这个车间的高度就可想而知了。要建立这样一个厂房是很有难度的,要考虑地面的压力;要测量地下的地质水文;要考虑风力的影响;要考虑地震的袭击;还要考虑厂房的密封以及温度、湿度各方面的要求。
在技术区安装测试好的火箭和飞行器一起在垂直状态下运抵发射场,这个运输的问题也是一个技术难关。如此的庞然大物要安然运送到发射场,运输时的速度、震动、倾斜乃至风速都要考虑在内。
那么,既然“三垂”模式如此复杂,为什么还一定要采用这种模式呢?首先,发射前的技术准备工作都尽可能地放在了环境良好、条件优越的技术区来做,这里的对接、测试的条件都优于露天操作,火箭和飞行器的安全可靠性明显提高了。
另外,“三垂”模式最重要的优越性就表现在占用发射工位的时间少。这个问题在航天事业的发展中很重要。将来我们的航天事业发展了,发射的任务多了,特别是发展了空间站之后,“三垂”模式的优越性就表现得很明显了。飞船与太空中的另一艘飞船或者空间站对接的时间要求很严格,也就是说太空中的航天器运行到一定的地点上空时,地面待发的飞船必须按时发射上天,经过一段时间的飞行正好赶上太空中的航天器才能对接成功。如果我们还运用以前的发射方式,一切都在发射工位上准备就会带来许多的麻烦。像早先美国的航天飞机要在发射工位上准备半年的时间,具体对接时间很难计算准确,而“三垂”模式在发射工位上只需几天就可以准备完善。在发射任务繁重时,“三垂”模式还可以避免一个航天器占用太久的发射工位,使发射工位的使用率明显上升。
所以,“三垂”模式虽然在建设上有很大的困难,但是为了我们航天事业的将来,一定要发展这种模式。
(3)为了地面人员的安全
新建的发射场还在其他方面取得了巨大的进步,大大增加了参加发射工作的地面人员的安全。
发射前加注燃料历来是火箭发射中最危险的步骤,由于新建发射场的主要目的是发展载人航天,所以技术专家们经过认真研究和试验,研究了一整套安全的注射措施,将400多吨推进剂分别加注到火箭和航天器的近20个燃料箱中,这种技术可以保证燃料一滴都不会漏出来,既安全又防止了燃料的无谓浪费。
我国原有的发射场中,发射控制室与发射台之间的距离小,万一火箭发生爆炸,就会严重威胁到对发射进行测试的地面工作人员的安全。新建的发射场控制室一改原来的做法,设在了距离发射场较远的安全区,实行远距离测试与遥控点火发射,保障了在发射场的地面工作人员以及技术专家、指挥人员的生命安全。
为了宇航员的安全,在发射塔架上备有一条快速撤离通道,一直通到远离危险区的地下掩体里,在紧急情况下,已进入座舱的宇航员可以通过它迅速撤离危险区。
我们已经知道作为一个宇航员存在一定的危险性,其实发射场的工作人员也是时刻处于危险之中的,为人类的航天事业献身的不仅仅只有宇航员,航天史上也曾经有地面人员发生事故的惨剧。
1960年9月的一天,前苏联哈萨克斯坦著名的拜科努尔发射中心异常忙碌,一颗新的火星探测器将在这里升起,又一个世界之最就要在这里产生了。
当时的前苏联首脑赫鲁晓夫为了要向世界显示他们的空间技术实力,命令当时的国防部副部长兼火箭部队司令涅杰林元帅带领几十名将、校级的军官来到了拜科努尔发射场,对发射场将要进行的卫星发射的准备工作进行督促。
当时负责发射的火箭总设计师科罗廖夫向元帅汇报了火箭发射前遇到的种种问题,并且极力建议火箭的发射要延期再举行,然而渴望成功的涅杰林元帅拒绝了科罗廖夫的合理建议。
火箭按时准备点火发射,但是按动按钮的时候燃料却没有被点燃。按理说这是十分危险的,必须马上排除燃料后进行认真彻底的检查。而涅杰林元帅在急切求功心理下失去了理智,命令科罗廖夫组织工程人员不排除燃料就地检查。科罗廖夫坚决拒绝了,元帅亲自带领几十名高级军官、工程师和科学家登上了发射平台,准备检查故障原因。
就在元帅及其随行人员刚刚踏上发射平台的时候,火箭猛烈地喷出了一束火焰飞上了天空。然而火箭刚刚升起马上又一头栽了下来,几十吨的液体燃料引发了一场大爆炸,发射平台立刻就陷入了一片火海之中。
在发射平台上的几十个人不用说了,他们全部被大爆炸掀到了高空,又陷身于火海之中,最终尸骨无存;其他在发射场内的地面工作人员也被大爆炸产生的冲击波或震死或震伤,仅少数人幸免于难。
这是一次人类航天史上伤亡最多的事故,它曾经被前苏联政府部门掩盖了20多年,而一披露就震惊了世界。这次事故的发生除了有技术上的原因之外,不重视安全地蛮干,对科学的不尊重也是导致事故发生的主要原因。
由以上的事例我们可以看出,在发射的过程中地面工作人员的安全也需要慎重考虑。要保障地面工作人员的安全,就必须有强有力的安全保证措施和设备,还要尊重科学,按科学的程序办事。
测控通信系统
当宇航员乘坐载人飞船在太空飞行时,需要有强大的地面支持,而完成保持天地之间的经常性联系的任务就是测控通信系统了。载人航天对于测控通信系统的要求是非常高的,这也是从宇航员的安全角度考虑的。