飞往宇宙的“门”和“窗”

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  2013年,海南继西昌、酒泉、太原之后,将成为中国第四个卫星发射基地。现在,在中国四川省的西昌和山西省的太原、甘肃省的酒泉等3地的卫星发射基地都处于重视军事目的的西部内陆,因此在一般的卫星产业的发展上有局限性。然而海南卫星发射基地在规模和设施方面可以达到仅次于美国航空航天局(NASA)引以自豪的肯尼迪太空船发射基地的程度,中国的航天产业有望大大发展。基地将同时建设大规模的主题公园,在主题公园内将建设中国航天发展历史馆和全世界航天发展有关的展示场以及有关宇宙体验的游戏设施。到时,同学们就可以去参观游览了。
  从我国第一个——西昌卫星发射基地成为著名的商务通信卫星发射基地以来,各卫星发射基地引起世界的瞩目。你可知道为什么把卫星发射基地选择在那些地方吗?
  原来在航天事业上,发射场地和发射时间的选择是大有讲究的。
  发射场是火箭进入茫茫宇宙之前的一扇“大门”。西昌是我国80年代建成的专门用来发射地球同步通信卫星的发射中心,具有得天独厚的发射条件。它位于我国南部的四川境内,这里海拔高,纬度低,一年四季碧空如洗,全年日照多达320天。我们知道,地球由西向东旋转,而通信卫星定点在36000公里的赤道上空,与地球保持着同步运动。为了借助地球的自转速度,提高火箭的飞行速度和运载能力,火箭总是向东发射。越是从赤道附近发射运载火箭,越能获得地球附加的最大自转速度。西昌发射场位于北纬28度处,正是我国接近赤道的地区,它能充分利用地球自转带来的离心力。
  据专家的计算,假如采用同样推力的运载火箭发射卫星,那么,西昌发射场比我国位于北纬40度的酒泉发射场,可以提高几百公斤的有效载荷。所以,利用地理位置选择发射场,能够取得事半功倍的效果。一般说来,我国的酒泉卫星发射场承担低轨道的科学探测卫星的发射,而太原发射场主要是发射极地轨道卫星(如气象卫星)。
  大陆纬度最低,离赤道最近的地区,发射卫星时便可以尽可能地利用地球的离心力,这样就降低了卫星的能耗,加快了速度。据分析,在海南发射的同步卫星将比在西昌发射的卫星提高10%的运载能力,延长了卫星的使用寿命。
  除了选择一个好的发射场,卫星发射的“窗口”也大有奥妙。发射窗口就是有利于卫星入轨和控制的最佳时机。为此,航天专家们要精确地计算、设计“窗口”,充分考虑卫星和地球、太阳之间的最佳状态,满足卫星上能源、温控、控制系统等对天地的苛刻要求。如当卫星入轨后打开天阳能电池板,必须保证它在太阳光的照射下,使得太阳能电池正常供电;一旦卫星进入过渡轨道后,为使卫星上镍镉电池放电,要求卫星处于地球阴影的时间不能少于半个小时……因此,在不同的发射日就有不同的发射“窗口”。“窗口”打开的时间有长有短,短的只有10分钟,长的也不过1个小时左右。
  40多年来,我国多次成功地发射通信卫星,而且帮助美国、尼日利亚、委内瑞拉等许多国家把通信卫星送上太空。尽管我国跟美俄等国家在军用卫星技术上存在一些差距,但商业通信卫星等技术远远超过他们。
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