神舟飛船為什麼不在文昌發射,偏要選擇條件惡劣的西北荒漠?

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摘要:神舟十二號與神舟十三號載人飛船都由長征2F運載火箭在甘肅酒泉衛星發射中心發射升空,有朋友問:我們現在已經有了海南文昌發射場,聽說那裡的好處很多,為什麼不選在文昌發射,偏要選擇條件惡劣的西北荒漠?理論上任何一個發射場都可以發射載人飛船,但酒泉衛星發射中心卻是神舟飛船最理想的發射地。當然了,文昌發射場的優勢是緯度低、運載火箭的效率更高,可以發射更大、更重的載荷。

神舟十二號與神舟十三號載人飛船都由長征2F運載火箭在甘肅酒泉衛星發射中心發射升空,有朋友問:我們現在已經有了海南文昌發射場,聽說那裡的好處很多,為什麼不選在文昌發射,偏要選擇條件惡劣的西北荒漠?

理論上任何一個發射場都可以發射載人飛船,但酒泉衛星發射中心卻是神舟飛船最理想的發射地。今天我們就來分析分析為什麼是這樣。

長征二號F(CZ-2F)是我國專門用於發射載人飛船的一型運載火箭,它是由長征二號E改進而來,能將總質量達8.8噸的飛船推送到近地軌道,並且針對載人發射任務高可靠性的要求大幅度增加了安全冗餘,火箭可靠性名額達0.97,將太空人安全性提升到了99.7%。長二F從神舟一號開始的發射全部成功,經過神舟五號、六號任務之後進一步消除箭體POGO振動,現已經成為一枚口碑極好的運載火箭,得到“神箭”的美稱。

長征二號F的助推器、芯一級和芯二級都採用了YF-20B火箭發動機,這型發動機使用偏二甲肼作為燃料、四氧化二氮作氧化劑,二者合稱推進劑,這兩樣都有毒。

長征二號F火箭起飛總質量約493噸,在發射前,火箭的四個助推器共加注推進劑約41.5噸,芯一級加注186.6噸,二級火箭加注84.8噸。也就是說,推進劑占了火箭起飛總質量的63.5%,但這些推進劑並不會完全燒盡。

火箭發射後154秒,火箭助推器關機並分離;第159秒,一級發動機關機,一、二級分離;約212秒,火箭沖出大氣層稠密區,拋整流罩;之後由二級火箭推著飛船繼續加速前進。由於前面的速度不够快,助推器與一級火箭殘骸會掉落在距離發射場約650公里遠的地方,整流罩則將飄落在880公里遠處。

因為考慮到飛行過程中受到高空風的影響,火箭調整姿態可能需要消耗更多燃料,所以在推進劑加注時往往會留一些餘量,這樣當火箭殘骸掉落到地面時,助推器和一級燃料箱裏常常會殘留沒燒完的燃料,我們在前面說了,這些燃料是有毒的。

偏二甲肼(C2H8N2)是液體火箭和戰略導彈經常採用的一型燃料,它的優點是比沖值高,能以更小的質量獲得更大速度;並且這種燃料穩定性好,能在常溫下長時間保存、對衝擊不敏感,加注之後即便延后發射也不需要把它重新抽出來。這對於時刻需要保持戒備狀態的飛彈來說非常重要,對於“看天吃飯”的載人飛船發射也是很重要的。偏二甲肼的缺點就是它易溶于水、有毒,人接觸多了會致癌,並且溶解了偏二甲肼的汙水處理起來比較麻煩。

與偏二甲肼配對的氧化劑四氧化二氮(N2O4)是一種黃褐色氣體,有刺激性氣味,可溶于水。因為它有强烈的氧化性,囙此對於生物來說也是有毒的。

長征2F火箭發射神舟飛船後,助推器和一級火箭殘骸通常會墜落在內蒙古鄂托克旗西部廣闊的無人區,這裡乾旱少雨,殘骸收集處理後可以將污染控制在最小範圍。但要是選擇在海南文昌發射長二F,將可能污染南海中沙群島附近大片海洋,對漁業生產造成不利影響。

那麼,如果我們以後不使用長征二號F火箭發射飛船,而使用更加環保的液氧煤油發動機、氫氧發動機來推進,是不是就可以把發射場轉到海南了呢?

選擇酒泉作為飛船發射場與長二F火箭自身特點有關,也跟發射條件有一定關係。

我們都知道在神舟十二號發射的同時,神舟十三號作為備份同時具備了發射條件;同樣地,神舟十四號也與神舟十三號同時出現在發射場——載人航太發射講求萬無一失,並且時刻要為可能出現的緊急情况做好準備。當飛船在空間站出現故障,我們希望有一艘新的飛船很快去接替它,把太空人安全帶回地球,這就需要備份飛船儘快發射。海南的天氣多變,你不能保證在合適的發射視窗出現時天公作美。

酒泉衛星發射中心地處西北內陸,屬內陸沙漠性氣候,這裡乾旱少雨,一年中有320天適合火箭發射,極少出現在發射視窗遭遇狂風暴雨的情况。從這個角度看,雖然酒泉的條件艱苦些,卻是航太發射的理想之地。

酒泉衛星發射中心是中國最早的火箭基地,我們的第一枚地地飛彈、第一顆衛星“東方紅1號”、第一枚遠程運載火箭都是從這裡發射升空。六十多年來,一代代航天上人在這片戈壁荒漠揮灑汗水,用理想、熱血乃至生命書寫歷史,也創造出無數奇迹。今天的酒泉是一片欣欣向榮充滿希望之地,這裡有完備的設施可以滿足載人航太發射需求。以後即便是我們有了新的、更好的火箭與飛船,向天宮空間站發射載人飛船依然還會選擇酒泉,而不是文昌。

當然了,文昌發射場的優勢是緯度低、運載火箭的效率更高,可以發射更大、更重的載荷。以後如果我們實施載人登月,探索星辰大海,應該會優先從文昌出發。

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