航天发射场选址条件与场址勘选方法

第30卷第1期2011年2月

飞行器测控学报

Journal of Spacecraft TT&C Technology

V o l.30No.1

F eb.2011航天发射场选址条件与场址勘选方法*

穆山,蒲婷

(总装备部工程设计研究总院#北京#100028)

摘要:航天发射场场址的选择,是发射场规划建设的基础和先决条件,是一门综合性、多学科的复杂系统工程,其选择结果对发射场的综合发射能力、发射场系统和测量控制系统建设难度与投资经费、技术经济效益和可持续发展能力等有着重大影响。本文从我国的国情和航天发射场建设实际情况出发,对发射场选址基本原则、选址条件、勘选程序与基本方法等内容,进行了比较详细的分析论述。

关键词:航天;发射场;选址;勘察

中图分类号:V551文献标识码:A文章编号:1674-5620(2011)01-0011-05 Site Selection and Survey Methods of Space Launch Sites

MU Shan,PU T ing

(Cen ter for Engineerin g Design and Research,CLTC,Beijing100028)

Abstract:Site selectio n is t he fo undat ion and a preconditio n fo r planning and const ruct ion of a space launch site.I t has g reat influence o n the integ ral launch capability,constructio n difficulty and cost of range systems and T T&C sy stems as w ell as t he techno-eco no mic o utcome and continuous dev elopment capability.Based o n the actual situa-tions of our country and the curr ent develo pment status of space launch sit es,t his paper pr esents a detailed analy sis and descript ion of the principles,co nditions,and survey pr ocedures and basic methods for selection o f the site fo r a space launch complex.

Keywords:Space;L aunch Site;Sit e Select ion;Surv ey

0引言

航天发射场场址的选择是发射场规划建设的基础和先决条件,其选择是否正确得当、科学合理,直接关系到发射场规划建设与投资、发射试验能力、技术与经济效益和可持续发展能力等各项重要技术指标,因此,认真分析航天发射场场址选择的基本原则,全面系统分析研究影响发射场场址选择的各种要素及与发射场规划建设之间的内在关系,提出发射场选择条件和勘选程序与基本方法,对正确把握航天发射场选址原则与条件,正确实施勘选,科学合理选择航天发射场场址,具有十分重要的意义[1]。

航天发射场建设是国家行为,场址的选择涉及面宽、学科领域多、技术复杂,而且有些条件之间又相互限制或制约。因此,对航天发射场的场址选择,必须以需求为牵引,根据国情、国家航天发展战略和国家经济与技术能力,以安全性、可靠性和综合发射能力为重点,以当地自然基础条件与社会环境为基础,全面分析、综合比较,合理勘选、科学决策。

1基本原则与要求

(1)以需求为牵引

任何一个航天发射场场址的选择,主要都是以航天器、运载火箭的发射使用需求作为选址建设的出发点和基础的。因此,航天器和运载火箭的发射使用要求与需求分析是发射场场址选择应遵循的最基本原则,主要包括9个方面:1航天发射任务的性质与任务类型;o航天器与运载火箭类型,结构尺寸、质量与运输要求;?使用的推进剂类型、种类与加注要求;?发射飞行轨道与射向范围要求;?发射周期与年发射能力要求;?气象与环境条件要求;?地面技术支持与保障要求;à发射控制与首区、航区、残骸落区安全要求;á测量控制与通信要求。

(2)符合国家航天发展战略与总体规划

*收稿日期:2010-07-01;修回日期:2010-08-23

第一作者简介:穆山(1952-),男,高级工程师,主要从事航天发射场建设论证和发射试验技术总体工作;E-mail:m s1366128@https://www.360docs.net/doc/922381478.html,

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航天发射场建设是国防与科学技术建设发展规划的重要组成部分,因此航天发射场选址和规划必须符合国家科学技术和航天发展战略与总体规划,包括10~20年中长期发展规划和远期规划,符合航天发射场总体战略布局和整体能力规划要求。

(3)适合国情与国家经济技术发展现状

航天发射场场址选择与规划不仅要考虑火箭、航天器的发射使用和进入空间能力的需求,借鉴国外先进模式与先进经验,大胆采用新技术、新方法、新模式,上水平、上规模,同时也必须注意一定要适合国情和经济技术发展现状及经济承受能力,不能不切实际地贪大、求新、求全、求高。

(4)安全性好

航天发射试验是一项高风险事业,因此,航天发射场场址选择和建设规划必须满足各类安全性要求,一旦发生意外事件,使地面设施和人员受到的影响或损害最小,主要包括:1推进剂的生产、存储、运输安全;o特种气体的生产、存储、运输安全;?火工品等危险品的存储、运输、测试、组装安全;?推进剂加注与测试发射安全;?火箭飞行首区、航区与残骸落区安全;?气象水文与地质环境安全。

(5)自然与社会环境好

航天发射场所在地区的自然与社会环境对发射场的建设、使用和维护管理至关重要,是发射场场址规划建设的基础条件,不仅要满足航天器、运载火箭发射使用要求,还要满足发射场建设和长期使用管理要求,主要包括:1拟选场区的地理位置优越,土地充足;o拟选场区居民与固定设施稀少;?场区及周边地区地形地貌、植被、大气质量状况良好;?气象环境条件良好;?地质水文环境条件良好;?能源与基础设施环境良好;?文教卫生与生活环境良好;à社会稳定,治安状况良好。

(6)具有一定可持续发展空间

我国的国情和国民经济情况,不允许也不可能在不长的时期内连续规划建设多个航天发射场,因此,在航天发射场选址和规划时,不仅要满足当前型号或近期任务与需求,还要兼顾其他型号和长期发射任务的使用需求,具备一定的未来发展或扩展空间,做到一次性规划,分期、分步建设实施。

(7)经济性好

改革开放以来,我国国民经济有了很大发展,但是,我国仍是一个发展中国家,经济上还不十分富裕,因此在发射场场址选择和规划上,要综合考虑建设使用需求和国家经济承受能力,合理选择场区位置、土地类型和居民情况,科学处理好技术性和经济性的平衡点。还要考虑一次性投资的经济性,注意长期运行维护管理的经济性。

(8)对当地社会经济发展有一定带动作用

航天发射场建设和航天发射任务是一项影响面大、民众关注程度高的高科技事业,因此在发射场场址选择和规划时,要在满足航天发射任务需求的前提下,适当兼顾对所在地区及周边地区基础设施、观光旅游、科普教育及其他经济发展的带动作用,做到综合考虑、统一规划、合理投资、多方受益。

2选址条件

2.1地理位置条件

(1)火箭与航天器发射条件

不同用途或类型的航天器及运载火箭对发射场地理位置的要求不同。地球同步轨道航天器和相应运载火箭发射场适宜选择低纬度地区。在我国领土范围内,低纬度地区比高纬度地区运载火箭的运载能力高15%~20%,卫星变轨消耗推进剂少,同等卫星可延长在轨寿命3~5年。极地轨道和太阳同步轨道航天器发射场适宜选择高纬度地区。载人航天发射场适宜选择开阔、平坦,对航天员逃逸救生安全条件好的地区。但是,任何一个航天发射场都不可能是单一任务或承担单一航天器和运载火箭发射,因此要以发射场主要任务和航天器及运载火箭为主,兼顾考虑其他任务,恰当、合适地选择发射场地理位置[2]。

(2)安全条件

发射场及周边地区人口密度低,与中、大型城镇有一定安全距离,火箭发射中心的火箭航天器最大爆炸当量安全影响半径范围内,没有或有较少村庄、居民和重要设施,主要射向范围30~50km距离内没有重要城镇、重要设施、国家级自然保护区和飞机船舶的定期航线。

场区位置尽量选择火箭飞越陆地航程短、航区及残骸落区人口密度低、无中等以上城市及重要设施,火箭进入外层空间飞行前不穿越外国领土、领空、领海或距外国国境线有一定安全距离,残骸落区不在外国领土或领海范围[3]。

2.2测量控制条件

发射场场址位置选址时,需考虑火箭、航天器飞行测量控制设备站点易于布设,技术难度低、投资

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少,首区测量跟踪设备位置能与发射工位通视,满足火箭航天器飞行测量控制技术条件要求。

2.3气象环境条件

气象环境条件对航天发射场场址选择与航天发射任务至关重要,它不仅影响航天发射的安全和年可发射时间,还影响发射场建设投资成本和运行维护成本,主要有:1拟选发射场地区温度适中,年、月、旬温差小;o降水量与湿度适中,暴雨或大暴雨发生强度与频度低;?雷暴发生强度与频度低;?地面风年平均风速低,阵性大风或热带气旋影响日数少;?高空风风速低,风切变小;?云雾天气少,能见度好;?全年各月或绝大部分时间都能适应我国长征系列运载火箭发射气象条件要求。

2.4土地条件

拟选场区的土地数量充足,满足发射场建设规划和未来发展空间使用要求,拟选场区内耕地少、村庄少、居民少、年产值低,没有中大型设施或企事业单位、重要文物或自然历史保护对象、保护区,移民搬迁工作量和难度小、费用低。

2.5地质条件

主要有:1拟选场区地形平坦、开阔;o地质构造稳定,无活动断裂带穿过,不属于地震强、高发区,地震烈度与动参数低;?场区内或周边地区不存在岩溶、滑坡、危岩和崩塌、泥石流、采空区、地面沉降等不良地质;?基岩埋藏深度浅;?地下水层适中、腐蚀度低;?拟选场区地下无中、大型矿藏。

2.6交通运输条件

主要有:1场区靠近铁路、国道或省道、高速公路,易于运载火箭、航天器的铁路与公路运输以及人员交通;o场区附近有大型机场,易于航天器运输和人员交通;?沿海发射场附近应有中型以上港口码头,易于大尺寸火箭、航天器通过海上运输。

2.7水文环境条件

主要有:1拟选场址周边地区有中型以上河流或水库可作水源地,水源充足,能保持常年不断流、不干涸,水质好、无污染,与发射场距离适中,引水难度小;o场区位置应处于中、大型河流、湖泊、水库的堤坝与水闸的上方或侧方,并有一定安全距离;?沿海发射场临海侧海岸堤防牢固,海水侵蚀程度低;?海面风浪小,历史上较少发生过风暴潮等海洋灾害;?发射场自然地理平面与当地海平面历史最高潮位有一定安全高差;?主要射向范围内近海区域无中、大型渔场和海水养植场。2.8自然与大气环境条件

主要有:1拟选场区及周边区域自然植被覆盖率高;o无中、大型化工、粉尘等污染性企业,空气中不含有毒、有害物质;?风沙小,沙尘或粉尘少。2.9能源与电信条件

主要有:1当地电力系统容量、供电质量满足发射场双回路供电使用需求;o石油、天然气或液化天然气、甲醇等满足发射场生活及某些推进剂生产使用需求;?固定与移动电信系统话路、线路、信号满足发射场发射试验与生活使用需求。

2.10电磁环境条件

场区附近和周边地区大功率无线电设备少、工作频段窄、辐射强度低,与发射场和火箭、航天器电磁兼容性好。

2.11文教卫生与生活环境条件

主要有:1场区附近城镇或临近城市有教育水平较好的幼儿园、小学、中学,满足发射场子女的学习教育需求;o场区临近城市有二等甲级以上综合性医院,满足发射场人员的协同医疗保健需求;?场区附近城镇或临近城市的工作、生活与就业环境条件,满足发射场人员生活和家属、子女就业需求;?场区周边地区社会稳定,治安状况良好。

3选址勘察

选址勘查是航天发射场场址选择的重要程序或步骤之一,只有对涉及选址原则和条件的各个具体项目和各方面内容进行全面、详细的勘查之后,才能对拟选场址进行综合分析与评价,给出分析或论证意见。场址勘查工作,一般按照比选勘查、量化勘查和补充勘查等程序或步骤进行。

勘查工作的前提条件是,发射场建设的主要需求已基本明确,发射场区占地面积、总体规划、对拟选场址的初步要求已基本明确,与相关单位和拟勘查地区的当地政府已进行初步协调或沟通。

3.1比选勘查

比选勘查的目的是,在多个备选场址中,通过勘查和比选确定出一个拟选场址。通常情况下,一般通过先期调研、咨询及图上作业,选出2~3个备选场址,分别进行粗略、定性勘查。

确定备选场址的选择范围时,按照拟建发射场的功能、需求与定位,不仅要考虑选择新址、新建,也要考虑现有发射场的改建或扩建。其勘查的主要内容及方法有:

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1)按图上作业标注的区域位置,对区域内及周边地区的地形、地貌、土地、居民等情况进行实地调查或考察;

2)对发射场办公和生活区大致位置与土地情况进行调查或考察;

3)对现有可利用的基础设施,包括电信、电力、水力、公路、铁路、机场、港口、能源等现状与发展规划进行调查或考察;

4)对当地和拟选场区的气象、水文、地质情况进行调查;

5)对拟选场区和办公生活区的征地、移民费用情况进行调查;

6)对火箭飞行测量控制站点可以布设的大致位置与相应环境条件进行考察;

7)通过图上作业分析火箭主要射向范围首区、航区、残骸落区安全性;

8)对某些通过一般调查不能获取或确认且可能涉及发射场选址颠覆性的因素,如地质、特殊环境参数等,进行必要的实际勘探或测量;

9)与地方各级政府座谈,介绍发射场建设的基本需求情况,了解地方政府的意见或态度,初步协调确认所选区域能否提供发射场建设使用;

10)对现有发射场的改、扩建可行性进行调查分析,包括现有资料分析、现有设施可综合利用情况调查分析,与发射场现承担任务的矛盾或冲突以及影响的调查分析、实地考察等。

3.2量化勘查

量化勘查的目的是,在多个备选场址经过定性勘查、比选并确定出一个拟选场址后,通过进一步的调查或勘查,为发射场场址的最终选择和确定提供决策依据,为拟制发射场规划建设方案提供各种原始素材与数据、资料,其勘查的主要内容与方法有:

1)场区地理位置勘查。对拟选场区主要设施建设位置、场区边界,与临近城镇、重要设施、海岸线的距离,场区经纬度、海拔高度等进行实地测量、标注。

2)测量控制站点勘察。进一步调查、勘察火箭飞行测量控制站点位置与环境数据,与测量控制要求的适应程度和发射场总体规划的协调性等。

3)办公生活区勘查。进一步调查或考察发射场办公、生活区具体位置,与拟选场区距离及交通状况,土地与居民情况及征地价格,市政配套设施情况等。

4)现有可利用基础设施与能源情况勘查。1电力系统容量,主要输、变电站位置与输电线路走向,接线点位置及与拟选场址的距离等;o拟选场区附近的市政供水设施位置、能力及与拟选场址的距离;?相关道路的路面等级、面层材料、宽度、转弯半径、荷载、通过高度与宽度、桥涵、隧道,与其他道路设施交叉、干涉情况;?机场的位置及与拟选场址的距离,机场跑道等级、荷载强(硬)度、宽度、长度,导航设备、装卸设备能力,机场与外部主干道路的衔接情况等;?港口的位置及与拟选场址的距离,港口最大停靠泊位的吨位,航道长度、宽度与水深,码头停泊区长度和水域宽度、深度,港口潮汐、风浪及径流、泥沙运动,港口装卸设备,港口与外部主干道路的衔接情况等;?可为发射场配套提供使用的电信与其他资源的能力、线路或物流能力等。

5)气象环境条件调查。对当地气候和历年的温度、湿度、降水、雷暴、地面风、高空风、热带气旋、云雾与能见度、环境大气质量、大气腐蚀情况等进行全面调查、统计、整理,对当地气象系统现状与协同支持保障能力进行调查或考察。

6)水文环境勘查。1拟选场址附近或相邻区域的河流、湖泊、水库或其他水利设施的位置、水质、流量或储量,与拟选场址的距离、方位、高差等;o沿海拟选场址与海岸线距离、方位,与当地海平面高差、海浪、潮汐、海岸堤防情况等。

7)大气环境调查。对当地和发射场区盐雾、二氧化硫、沙尘和大气洁净度情况进行调查。

8)地质勘查。对发射场区和拟建主要设施大致位置进行地质勘察与分析,摸清场区工程地质条件。勘察中,除利用历史地质资料进行分析外,还应在拟选场区内主要拟建设施位置或适当分布、覆盖范围,选择适当孔位进行地址钻探,钻探深度以能达到基岩为基本要求,获取实际地质资料数据:1拟选场址及周边区域的地质构造,断裂带、岩溶、泥石流、矿藏等情况;o拟选场区不良地质现象的成因、类型、分布、对场地稳定性的影响及演变发展趋势;?场区内地基土层的岩性特征、空间分布及物理力学特性;?场区内地下水的类型、埋藏条件、静止水位及其腐蚀性;?调查分析评价当地或场区的地震效应、地震烈度、地震动参数及地震活动情况等。

9)土地与居民情况调查。1拟选场区内耕地、林地、荒地、村庄用地的数量;o村庄、学校、企事业单位与居民数量;?房屋等建筑设施面积;?林木、果树、鱼虾池、坟墓、青苗及公共设施数量;?居民年

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产值与土地征用价格,地上附着物搬迁或征用价格。

10)勘查结果协调。与地方政府进一步座谈,交换勘查情况及意见,了解地方政府的意见或态度,协调确认所选区域能否提供发射场建设使用。

3.3补充勘查

补充勘查的目的是,在对拟选场址进行初步勘查后,在综合分析、论证或初步规划及建设方案拟制过程中,发现新的问题,或原勘查、考察结果有疏漏,或某些勘查结果不满足使用要求,需要进行局部或个别项目的调查或勘查,补充调查或勘查的项目、方式、方法,按照综合分析或论证的要求实施。

4选址分析

4.1选址条件分析

从发射场选址条件可见,航天发射场选址条件是全面的、系统的,涉及火箭、航天器测试发射和发射场建设使用的方方面面。但从实际情况看,任何一个发射场场址都不可能与其完全相符、十全十美,或者说,完全符合选址条件的场址是没有的。从任何一个单独条件来看,选址条件都是必要的、合理的,但从整体上看,条件与条件之间,有的又是相互排斥或制约的,如社会生活依托条件与安全距离要求的矛盾;地球同步轨道卫星与极地轨道卫星场址要求的矛盾;航区安全条件与测量跟踪设备站点布设要求的矛盾;水源条件与发射场安全要求的矛盾;沿海发射场有利条件与不利气象环境条件的矛盾。

因此,在发射场场址选择时,既有按照选址的原则和条件,逐类逐项地全面分析、衡量、比对与评价,又不能过分求全求美,要综合分析、合理取舍,保证重点、兼顾一般,有所为、有所不为,其基本原则和思路有以下3点:

1)确保重点。以运载火箭、航天器发射的最根本需求为重点,如火箭、航天器运输问题,火箭发射与飞行安全问题,主用型号火箭的运载能力与运行效益问题等,没有其他手段或措施解决、或需要付出的代价过大,应作为重点条件予以确保,而相应舍取其他条件或降低其他条件的要求。

2)安全第一。以确保发射场区、火箭飞行航区、残骸落区安全为重点,对其他条件进行相应取舍。

3)技术可行。对涉及发射场规划、建设具有十分重大或颠覆性的因素,应深入调查、科学分析,确保技术可行。

4.2勘查结果分析

选址条件是根据主观愿望而确定的选择标准或依据,勘查结果则是拟选场址实际情况的真实反映。勘查结果分析的目的,就是分析、比对拟选场址实际情况与选址条件的符合程度或差异,分析论证被勘查的区域能否选择作为航天发射场场址。

勘查结果分析分包括初步分析和详细分析:

1)初步分析。其目的和内容是在多个备选场址初步勘查基础上,通过对各个场址定性勘查结果进行横向分析、比较或比对,确定出各场址与选址条件的完全符合项、基本符合项、一般不符合项、严重不符合项,从各备选场址中选出一个与选址条件最接近、条件最优和没有重大颠覆性因素的场址。

2)详细分析。其目的和内容是对经过初步分析和初步勘查筛选后的拟选场址,利用量化勘查的结果与选址条件逐项逐条进行分析、比对,分析、评价其与选址条件的符合程度或差异。

在单项勘查结果与选址条件分析、比对基础上,再通过选址条件与量化勘察结果纵向系统性综合性分析、比对,最终做出或提出能否作为发射场场址选择的结论或建议。

5结束语

随着社会与科学技术的进步和国家经济技术的发展,对航天发射场场址选址的思想观念、原则与要求也在不断变化与发展。因此,航天发射场的选址原则与条件并不是僵化和一成不变的,也需要在不同时期、不同形势下,不断总结、不断认识和不断完善,以便为航天发射场的场址选择提供更加科学、合理、经济、可行的决策或参考依据。

参考文献

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