1年发射39次！中国四大发射场，能否撑起大航天时代？

　　2020年末，＂嫦娥五号＂成功从距离地球38万公里的月球取回样品，得到社会各界的广泛关注。不过，对于大多数人而言，每次航天项目取得突破性进展，其注意力可能都聚焦在运载火箭、搭载的卫星、飞船乃至航天员身上，而事实上，一个个震撼人心的航天工程，都要从航天发射场起航。
　　航天发射场作为航天系统工程的重要组成部分，是完成航天系统工程任务的基础要素和前提条件，是各类航天器踏上太空征程的起点。系统功能完善、能够发射各类航天器的发射场，是国家航天事业发展的重要标志，也是展示国家军事、经济、外交实力的重要窗口，意义非常重大。
　　第一部分：行业概述航天发射场功能组成
　　航天发射场是供接收、存放、组装、测试、准备并发射装有航天器的运载火箭使用的建筑设施、技术装备及多块地段所构成的综合体。
　　与航天测试发射流程相对应，航天发射场一般由发射首区及其残骸落区构成。发射首区主要由技术区、发射区、指挥区和协作区组成，其中，技术区是对航天器、运载器进行技术准备的区域；发射区是对航天器、运载器进行发射前的直接准备和发射的区域。残骸落区主要是火箭子级、整流罩等残骸可能覆盖的区域，主要由火箭构型及运载能力属性、射向、目标轨道等因素确定，为减少残骸对落区的安全隐患， 一般将落区选在人员稀少、经济欠发达内陆地区或海上。
　　发射场的建设和运营，是一个复杂的系统工程，其功能组成不只有发射塔架，还需要配备燃料制备和检测设施、总装测试设施、卫星测试和集成设施、测控通信设施等基础必备设施。
　　航天发射场类型
　　纵观世界上主要航天发射场的规划实践与布局，可以看出航天发射场的规划主要有五种类型：内陆发射场、濒海发射场、海上固定发射场、陆上移动发射平台、海上移动发射平台、空中发射平台。
　　内陆发射场是指发射场首区位于本土陆地或岛屿（针对四面环海的岛国），运载火箭发射点与对应射向的连续大陆边缘之间直线长度（至少在一个射向上）不小于发射点至一级箭体残骸落区边缘最近距离的航天发射场。从全球来看，属于内陆发射场的主要有10个，除伊玛目霍梅尼航天中心外，其他9个发射场均建设于20世纪中叶或中后期，时间相对久远。
　　濒海发射场是指发射场首区位于濒海陆地或岛屿，运载火箭发射点与对应射向的连续大陆或岛屿边缘之间直线长度小于发射点至一级箭体残骸落区边缘最近距离的航天发射场。世界上大部分航天发射场属于濒海发射场，共有17 个，除了因本国领土地理位置所限外，后续大部分国家本土规划建设的发射场主要采用这一模式。
　　海上固定发射场是指以人工方式在一个国家本土近海海面上建设的一定规模的固定式海上平台，以该平台作为发射场首区的航天发射场。从海上固定发射场的定义可以看出，固定式平台一般建设在国土近海，因为近海海水深度较浅，施工相对简单。目前，国际上只有一个海上固定发射场，那就是意大利在非洲肯尼亚东海岸建设的圣马科发射场，由意大利委托罗马大学筹建并管理使用，于1967年正式启用，用于美国研制的＂侦察兵＂运载火箭发射。
　　陆上移动发射平台是指具有储存、运输和发射火箭等多种功能的专用车辆，兼具起竖和发射的功能。国际上典型的陆上移动发射平台为快舟运载火箭发射车，具有机动灵活、地形适应性强等特点。2019年12月7日，快舟一号甲运载火箭在太原卫星中心一天内两度发射，成为我国首次有同一型号火箭在同一发射场上同一天发射，且两次发射相隔仅6小时，创新中国航天发射的新纪录。
　　海上移动发射平台是指以人工方式建设的、可自带动力或被动牵引到预定海域执行航天发射任务的移动式发射平台。国际上典型的海上移动发射平台 - ＂奥德赛＂海上发射平台是由美国的波音商业航天公司、俄罗斯能源空间火箭公司、挪威阿克公司（曾为英国-挪威的克韦尔纳海洋公司）、乌克兰南方设计局／南方机械制造厂（尤日诺耶公司 ）组成的海上发射公司于1995年12月联合建造的。该平台由海上移动石油勘探和钻井平台改造而成，执行发射任务时需要由动力船只拖拽至发射海域， 可在赤道附近发射乌克兰定制的＂天顶 ＂3SL运载 火箭 ，将６t有效载荷发射至地球同步转移轨道。此外，中国在首次海上发射任务中，成功以现有大型半潜式驳船作为发射平台。
　　空中发射平台技术是指利用空中发射平台在空中发射运载火箭、卫星或无人机等有效载荷的技术，是目前航空航天领域的一个研究热点。空中发射技术可以弥补国家或省份缺少发射中心或地理以及环境影响所带来的不足，具备快速响应航天发射所要求的快速性、 机动性和灵活性等特性。国际上典型的空中发射平台是由微软联合创始人保罗 · 艾伦成立的平流层发射系统公司（Stratolaunch）和英国富豪理查德 · 布兰森旗下的维珍轨道公司（Virgin Orbit）。2021年1月18日，维珍轨道公司首次成功将10颗卫星送入轨道，其定制的波音747飞机从其姊妹公司维珍银河位于莫哈韦沙漠的航天港起飞，并将火箭LauncherOne附在机翼上，升至10668米的高空。到达预定位置后，火箭被释放并点火，将微型卫星送入预定轨道。
　　全球航天发射场发展历程
　　60多年前，苏联使用世界上第一枚洲际弹道导弹（ICBM）将人造卫星送入轨道，标志着人类第一次成功实现轨道空间发射。此后，包括美国、法国、日本、中国、英国、印度在内的世界主要国家先后采用自研的运载火箭将卫星发射入轨。
　　从地理位置上看，航天发射场主要分布在亚洲、非洲、欧洲、北美洲、南美洲以及大洋洲等6个大洲和太平洋，分布在15个国家和太平洋公海。其中，美国、俄罗斯、中国、日本及印度等是航天发射场建设投入较大、发射任务较多的国家。
　　从德国在佩内明德建立世界上第一个导弹试验靶场开始，世界上相继建成了各具特色的 航天发射场和发射设施。其中，普列谢茨克航天发射场、拜科努尔发射场、卡纳维拉尔角/肯尼迪航天中心、范登堡空军基地、圭亚那太空中心、西昌卫星发射中心、酒泉卫星发射中心、种子岛航天中心、太原卫星发射中心、萨蒂什达万航天中心、沃洛普斯飞行中心、鹿儿岛航天中心、雅斯尼发射基地、帕勒马西姆空军基地、伊玛目霍梅尼航天中心、东方港航天发射场、火箭实验基地、太平洋航天港综合设施、西海卫星发射场、文昌卫星发射中心、卡瓦佳林发射场和罗老宇航中心等被列为世界上22个活跃的发射场。
　　注：2019年6月5日，中国以半潜式驳船作为发射平台成功实现海上首次航天发射，所在海域未列入发射场序列。
　　▲资料来源：哈工创投根据公开资料整理航天发射场价值
　　航天发射场是为保障航天运载火箭的装配、发射前准备、发射、弹道测量、 发送指令，以及接收和处理遥测信息而专门建造的一整套地面设备、设施和建筑，是一个国家航天能力的重要组成部分。
　　航天发射行业，从国家层面来看，是国家综合实力和国际威望的体现，可带动科学技术全面、快速发展，促进太空资源开发，为人类造福，满足科学发展和探索未知领域的需要；从社会发展来看，航天技术已全面地、直接地影响国民经济、国家安全和人民生活，通信卫星使得人类交流与沟通不再受地理距离的限制，气象卫星让人类准确地预测天气状况，导航卫星精准定位成为社会重要的空间信息基础设施；从军事安全来看，对太空的利用和控制将在大国军事冲突中越来越重要，是大国建立防御系统（比如导弹防御系统）、发展更加精准和强大的攻击能力的关键，大概率会成为大国抢占军事制高点的核心领域。第二部分：全球航天发射场现状分析
　　近年来，全球航天发射次数激增，更多的商业运载火箭具备了航天发射能力，商业发射频次也日渐提升，稀缺且费用高昂的发射场资源已经成为制约高频次、高效益商业发射活动开展的瓶颈。在这种情况下，发掘更多发射场资源成为商业航天发射的刚性需求。2020年航天发射统计
　　2020年，世界各国共进行了114次火箭发射，比2019年的103次发射多了11次。在114次发射中，美国发射44次，占总发射次数的38.6%（其中美国/新西兰，7次）；中国发射39次，占34.21%；俄罗斯15次（不含联盟号在库鲁的2次发射），占13.16%；欧空局7次（含联盟号在库鲁的2次发射），占6.14%；日本4次，占3.51%；印度2次，占1.75%；伊朗2次，占1.75%；以色列1次，占0.87%。
　　据统计，2020年全球共有20个发射场参与执行航天发射任务，随着全球商业航天的蓬勃发展，全球卫星星座建造持续升温，卫星发射数量明显提升，入轨航天器数量由2019年的523个飙升到2020年的1221个。
　　全球航天发射场分析
　　世界上正在运行的发射场并不多，中国有四大发射场，俄罗斯有三个，日本有两个，欧洲、印度分别有一个，美国常用的主力发射场也只有卡纳维拉尔角和范登堡基地两处。
　　注：首次发射日期中国发射场为北京时间，其他国家发射场为协调世界时（UTC）。
　　▲资料来源：哈工创投根据公开资料整理全球商业发射场建设计划
　　由于发射场的特殊性质，全球范围内大部分航天发射场都处于军方管辖范围内，管理模式及运行模式与商业航天市场存在一定的不兼容，这也促使全球民营航天企业开发商业发射资源的活动逐渐常态化。
　　继太空探索技术公司、蓝源公司和火箭实验室公司陆续在现有发射场开发独立工位、开发自营发射场后，更多的商业航天企业启动了商业发射场建设计划。
　　第三部分：中国航天发射场现状分析
　　目前，中国已建成以酒泉、太原、西昌、文昌四个大型航天发射场为主，陆上/海上移动发射平台、小型试验航天发射场等为辅的发射场布局，基本形成了沿海内陆相结合、高低纬度相结合、各种射向范围相结合的航天发射战略格局，基本上满足了我国对卫星、飞船和空间探测器等国家型号任务的发射要求。同时，我国建立了较为完善配套的发射场软硬件系统，完善了工程建设技术体系，形成了具有中国特色的航天测试发射模式。中国航天发射场发展历程
　　中国航天发射场的建设始于上个世纪50年代，为适应＂两弹一星＂工程需要而建。
　　酒泉卫星发射中心组建于1958年10月，是中国创建最早、规模最大的卫星发射中心，也是中国目前唯一的载人航天发射场。酒泉卫星发射场创造了包括发射中国第一颗人造地球卫星、第一艘无人飞船、第一艘载人飞船在内的中国航天史上具有里程碑意义的多个第一。
　　太原卫星发射中心组建于1967年，是中国自主设计建设的第一座火箭卫星发射中心，主要承担太阳同步轨道和极地轨道航天器发射任务。1988年9月，太原卫星发射中心发射了中国第一颗气象卫星＂风云一号＂。1968年12月，发射了中国第一代自行设计研制的液体运载火箭。太原卫星发射中心是具有多射向、多轨道、远射程和高精度测量能力的试验中心。
　　西昌卫星发射中心始建于1970年，主要用于发射地球同步轨道卫星，已建成了自成体系、配套完善的测试发射、测量控制、通信、气象和勤务保障等五大系统，先后创造了成功发射中国第一颗试验通信卫星、实用通信卫星、国际商业卫星、导航卫星、月球探测卫星、数据中继卫星等多项第一，能发射中国自行研制的长征三号甲、长征三号乙等五种大型运载火箭。
　　海南文昌航天发射场于2009年9月动工，与酒泉、太原、西昌３个航天发射场相比，海南文昌航天发射场具有纬度低、发射效率高、射向宽、落区安全性好、海运便捷等优势，能够满足新一代无毒、无污染运载火箭和新型航天器发射任务需求，未来将主要承担货运飞船、大吨位空间站、地球同步轨道卫星、高品质极轨卫星、深空探测卫星等航天器发射任务。
　　中国航天发射场面临挑战分析
　　我国早期建成的航天发射场由于各自射向范围比较窄，火箭航区和残骸落区存在诸多安全隐患，同时受铁路运输的限制，大直径火箭无法运输，难以适应未来大型、重型火箭发射任务的需求。虽然海南文昌发射场在一定程度上能够克服上述缺点，但经历了2014年的＂威马逊＂台风之后，也暴露出一些对航天发射不利的因素，主要表现为＂三高一强＂（即高温、高湿、高浓度盐雾和强降水）以及气象条件差、发射窗口小，且容易受强台风、飓风、雷电等不良气候的影响。
　　目前，对我国发射场地面设施设备的可靠性量化分析评估、技术状态信息综合利用能力还比较弱，远程故障诊断、辅助决策与应急处置支持系统尚未建立，设施设备自动化程度还需进一步提高，主要表现在产品的吊装对接、电缆上下摆杆、导通绝缘检查、测试状态检查、数据判读、加注管路气检、七管连接器脱落后的固定等工作还要依靠人工操作进行干预。相对于未来智慧型发射场的发展趋势，这些都是制约发射场发展的重要因素。
　　目前，卫星星座、微卫星、小卫星的大规模应用的趋势逐渐明朗，目前全球每年发射的卫星50%以上均为微小卫星，其在卫星快速补网、组网和重构方面的作用日益突出。而应急快速发射能力是推动小卫星技术进展的关键支撑技术之一。如何进一步提高应急快速发射的快速测试能力、测试数据快速分析诊断能力、多任务并行能力等，以缩短测试时间、提高测试效率，仍是中国航天发射场发展的重要方向。
　　我国航天发射工位在数量上存在不足。中国的发射场数量看起来比美国、俄罗斯的在用发射场都多，但每个发射场的工位都不多。酒泉发射场的常用工位只有两个：一个用来发射长征二F火箭，一个用来发射长征二号、长征四号系列火箭；西昌发射场有两个工位，分别用来发射长征三号的不同型号火箭；太原发射场有两个工位，可以发射长征二号、四号系列火箭；文昌发射场拥有两个发射工位，分别用来发射长征五号和长征七号火箭。相比之下，俄罗斯的拜科努尔中心有71个发射工位，美国范登堡基地有51个发射工位，中国的发射工位十分紧张，经常处于满负荷运转模式。随着中国商业航天的蓬勃发展，以及卫星星座建设的不断推进，必然需要更多的发射次数以及更适合商业航天的发射服务，除了应该在现有四大发射场增设商业航天的专用发射工位，还应布局谋划新的商业航天发射场。第四部分：中国航天发射场发展趋势及建议
　　开发和运营商业航天发射资源的过程伴随着对新商业模式的探索、迭代、建立和完善，集约化火箭研制和发射流程，降低运载火箭发射服务成本，提升发射服务品质和效率，带来更多开发商业价值的机会。商业发射场必要性及意义
　　目前，国家有关管理部门推出相关文件，鼓励、规范商业航天有序发展，其中，国防科工局与中央军委装备发展部发布《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》对我国商业运载火箭的科研与生产活动进行规范，促进商业运载火箭的健康有序发展。国家航天法已通过立法计划，商业航天相关要求纳入整体法规中。
　　开发商业航天发射场是为了解决发射频次受限、发射管理费用高昂、发射管理程序繁杂等现实问题；捋顺火箭制造与发射运营、政府监管的关系，正确处理同业竞合关系；针对不同用户，推出分类解决方案，最终建立发射服务业务高效益发展模式。
　　降低发射服务价格。开发商业航天发射场时，要确保发射场启用后，能大幅降低运输、发射操作及管理成本，尽早实现商业发射服务价格较当前价格的大幅下降。
　　满足高频发射需求。新建发射场集先进的火箭制造、测试、总装、发射和运营设施于一体，充分发挥交通便利、关键制造环节完备、产业集群化发展的优势，顺利解决火箭推进剂、发动机等关键材料及部件的科研生产活动与火箭总体研制活动、星箭总装活动及发射活动的设施分布分散、管理复杂的现状。
　　提升弹性运行能力。开发商业航天发射场还需充分考虑市场风险，提升弹性运行能力，为实现收支平衡的弹性能力做出规划，同时还要为未来开展高频次空间往返运输任务进行潜力储备。
　　加强发射信息利用。基于对发射场活动全程可控的基础，可获得火箭从研制到发射过程中的所有完备信息，其中涉及大量技术、工程和管理信息。采集、归纳、分析和运用这些信息，有助于加深对运载火箭研制及发射活动的理解，有助于反哺技术进步、优化服务质量。商业发射场发展建议
　　发射场建设是重资产投入项目，所需资金是目前单次发射任务发射场费用的百倍。因此，应密切与当地主管部门合作，充分利用政策、产学研优势，在用地、税收、基础设施建设方面尽量降低成本；另一方面还可以通过吸纳优质社会资本，与利益相关方建立投入共担、风险分散、权益共享的合作模式。
　　充分依托现有发射场资源进行开发。与新建商业发射场相比，以现有发射场为基础，开发新的发射工位和保障设施所需的投入成本及实现难度均相对较小，这也是国外太空探索技术公司、蓝源公司、火箭实验室公司等企业快速获得具有一定自主性发射场资源的主要方式。
　　海上/陆上移动发射平台作为有效补充。内陆发射场存在航落区安全性规划难题，濒海发射场在面向海面的射向外的其他射向上同样受到航落区安全性的约束，海上/陆上移动发射平台在一定程度上完美地规避了这一难题，只要科学地规划航天发射位置，就可以在不受人员密集居住区、地面重要设施设备区域约束限制的前提下发射航天器。虽然现阶段，海上/陆上移动发射平台也面临着平台发射能力、海上恶劣天气、发射系统稳定性等诸多挑战，但其作为航天发射场规划的一种有效补充方式是可行的选择。
　　努力争取主管部门许可和支持。商业发射场的开发离不开军方主管部门的许可以及当地政府部门的支持。商业发射场的开发和运行对当地高新技术发展具有非常好的辐射带动作用。如美国、新西兰、英国等国家充分挖掘产学研基础和海陆空交通便利条件以及地理优势，以吸纳商业火箭公司在当地建设商业发射场及具备更多商业功能的商业航天港。
　　积极引入社会资本力量参与。社会资本不仅能有效缓解商业火箭公司和主管部门开发商业发射场时的巨大资金压力，还将对发射场的建设和运营切实起到降本增效的作用。近年来，国外商业航天火箭公司的快速成长，已经充分验证了社会资本进入航天制造业能够比同等规模的军方及政府投入和传统航天企业内部投入更快速、更有效地降低成本和提高效益，促进技术创新和商业模式的建立。
　　参考资料：
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