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航天技术是一个国家综合国力的体现。印度开国总理尼赫鲁曾将航天技术形象地比做“现代印度寺庙的庙顶”。印度为确立其在亚洲政治、经济大国的地位,一直将航天技术发展作为科技发展的重点。
自20世纪60年代成功发射了第一枚国产探空火箭开始,印度先后自主研制了人造地球卫星、卫星运载火箭(SLV、ASLV)和极轨卫星运载火箭(PSLV),建成了顿巴赤道发射场和斯里哈里科塔发射场,并实现了近地轨道卫星发射和极轨卫星发射。进入21世纪,印度的航天发展更为迅速,不仅成功发射了高轨地球同步卫星,还开发了一箭多星技术、低温发动机技术、太空舱再入返回技术。其后续的航天计划更是雄心勃勃,除了发射大量的民用与军用卫星外,还计划在2010年实现其大型运载火箭GSLV-MKⅢ发射地球同步卫星的首飞,将GTO轨道运载能力提高到4~6吨,同时还开展了可重复使用运载火箭和深空探测的研究,并计划在201 5年左右将航天员送入太空,之后实现载人登月。
作为印度航天技术发展的标志,印度的航天发射场也不断发展,发射技术也取得了长足的进步。本文根据获得的资料,尝试解读印度航天发射场,以揭开其神秘面纱。
印度的航天发射场
印度管理航天工业的空间研究组织(简称ISRO)下属共有两个发射场,分别是顿巴赤道发射场和斯里哈里科塔发射场。

顿巴赤道发射场是印度第一个航天发射场,隶属于ISRO最大的航天中心——维克兰拉姆沙拉拜航天中心,位于阿拉伯海海岸,喀拉拉邦特里凡得琅城以北6千米的地方,海拔64米。地理坐标为北纬8°31′,东经76°52′。发射场于1963年投入使用,由于场区附近人口稠密,且位置是进行低高度上层大气和电离层研究的合适场所,所以发射场建成以来只用于发射小型探空火箭。
印度所有的卫星发射均集中在斯里哈里科塔发射场进行。该发射场位于印度东海岸的斯里哈里科塔岛上,在马德拉斯北部100千米处,占地面积145平方千米,场区海岸线长度达27千米。地理坐标为北纬13°47′,东经80°15′。发射场拥有发射各种卫星的大型运载火箭的试验、组装和发射设施,拥有跟踪、测量各种卫星的测控站。印度空间研究组织还在这里建设了固体推进器工厂,为各种大型运载火箭生产固体发动机。这里气候受西南季风和东北季风影响,10、11月份是大雨季节,但一年内多数月份阳光充足、天气晴朗,适合进行火箭发动机试车和发射试验。
自1971年印度政府选中这块风水宝地以来,经过近40年建设,该中心已成为印度最大的航天城和航天器发射中心。可以说,该中心实现了印度近年来运载火箭技术上的每一次飞跃。印度卫星运载火箭、极地轨道运载火箭和地球同步轨道运载火箭部从这里点火升空。
斯里哈里科塔发射场存在的主要不足是:(1)火箭射向存在一定的限制。由于航区安全要求,斯里哈里科塔发射场的射向范围不宽,只能向东南方向发射,并且大部分射向需要进行轨道调整,实际上相对降低了其低纬度的优势。(2)国内测控站布设比较困难。由于向东南方向发射,印度本土测控站不能满足航区的跟踪测量要求,

需要利用其它国家的测控站。(3)周边存在引力异常区。由于印度半岛所处大陆版块每年以4~6厘米的速率发生漂移,造成印度南部较大范围内出现引力异常,这对火箭发射的轨道精度产生一定影响。
但是,上述不足并没有影响到斯里哈里科塔发射场的发展。发射场先后建设了探空火箭发射工位、增强卫星运载火箭ASLV发射工位、极轨卫星运载火箭PSLV(第一发射工位)和通用航天器发射工位(第二发射工位)。下面重点介绍第一发射工位和第二发射工位。
斯搭哈里科塔发射场第一发射工位
第一发射工位最初是为满足PSLV运载火箭发射设计,主要设施包括发射平台、活动勤务塔和脐带塔。该发射工位用了5年时间建成,1989年完工,1991年首次投入使用(因PSLV火箭一、二级分离故障而试验失败)。后为适应GSLV运载火箭发射,在脐带塔上增加了低温加注臂,在发射区增加了低温加注设施。整个发射场投资超过4000万美元。
第一发射工位采用固定式准备法发射技术。通过封闭式活动勤务塔,将运载火箭、卫星直接在发射台上吊装、对接、测试、加注,火箭点火前活动勤务塔撤离到距发射台175米以外。这种设计类似于法国圭亚那发射场的阿里安3运载火箭“ELA-1”发射工位。
封闭式活动勤务塔高85米,钢结构建筑,重2500吨,可为卫星、火箭装配、测试提供吊装、对接、配

电、加注、供气、空调、消防等勤务,同时为人员从事上述工作提供工作平台。该塔共设11层平台,在第一级火箭处有一个可上下移动的平台。塔架吊车有效吊高约为60米。为适应液体火箭和卫星的测试,在塔高20米、40米和60米处设有3处净化间,以15℃洁净冷气通入,使层内温度控制在23±1℃,湿度为50±5%,洁净度达到一万级。发射台高6米、宽9米,固定于导流槽上。导流槽采用双面导流方式,槽深6米。发射台后部设有简易脐带塔,其高度约为45米。在发射台周边共设有3座高120米的避雷塔。
为了提高发射频率,同时适应GSLVMK-Ⅲ等更大运载火箭的发射,从2000年开始,印度空间研究组织耗资9100万美元,在距离第一发射工位1.5千米处新建了一套火箭发射系统,并将其命名为“通用发射工位”。据印度空间研究组织称,新建成的“通用发射工位”可在今后10年内满足印度目前研制的所有型号运载火箭的发射需求,基础设施设计时能够抗强烈地震,并能经受印度东海岸经常发生的猛烈飓风和其它暴风雨袭击。新建第二发射场后,印度航天发射能力也由现在每年2次提高到4~6次,单次火箭发射任务所需的成本也将大幅降低。
第二发射工位设施主要包括垂直总装测试厂房、活动发射台、脐带塔和避雷塔等。垂直总装测试厂房完成火箭的总装、测试及与卫星的对接工作,建筑高82米,截面积40米×32米,火箭采用串行进出方式,后门高约50米,由8块水平推拉门密封,用于单级产品进出,前门高约70米,由12块水平推拉门密封,用于星箭组合体进出。厂房内设有6层14米×6米工作平台,吊车吊重为200吨/30吨。垂直总装测试厂房与发射工位相距约1千米。
活动发射台是运载火箭与卫星总装、整体转运、实施发射的设施。其液压驱动行走机构设计充分继承了活动勤务塔成熟技术,可将星箭组合体从技术区整体转运到发射区,采用“光弹”运输方式。发射台高度为8.6米,台面尺寸19.5米×19.5米,重约700吨。活动发射台运行轨道为两组双轨,轨距14米。一般转运过程要持 续两天左右,因此对需要环境控制的卫星将是一个考验。
脐带塔主要用于星箭与地面的气、电、液连接,完成星箭的最终测试、加注和发射。塔高70米,最大截面积10米×10米,重980吨,共设三层平台,每层平台均可垂直移动到不同高度并锁定,塔架吊装起重能力为10吨,设置两组水平摆杆,低温推进剂加注管路在发射前1分钟脱落。
导流槽主要功能是疏导火箭点火时产生的高温、高速燃气流,防止它们对火箭与发射设施造成的损害。导流槽仍然采用双面导流形式,槽深45米。由于距海岸线很近,地下水层较浅,给导流槽施工带来了极大的挑战。
在发射工位周围设置有四组避雷塔,塔高120米,四塔顶端通过电缆相连。
可以看出,印度在第二发射工位的设计时采用了全新的概念。首先是采用了三垂测试发射模式,运载火箭在垂直总装测试厂房内完成总装测试,并与卫星对接,采用活动发射台将星箭组合体整体转运到发射区,完成必要的检查测试,然后加注、发射其次是采用了通用化的设计思想,其垂直总装测试厂房、活动发射台、脐带塔均采用了通用化设计,可以适应印度现役运载火箭和未来发展的大型运载火箭发射要求,尤其是其脐带塔的设计,其3组工作平台均可自由上下移动,以适应不同高度的工作需求。这种设计类似于法国阿里安4的“ELA-2”发射设施,只是后者发射区增加了活动勤务塔,卫星在发射区实施吊装。
发射台牵制释放系统
印度在其新型GSLV运载火箭发射中采用了牵制释放系统,系统采用一种独特的结构紧凑的释放机构,依靠多路冗余液压系统进行释放,该系统已达到了世界先进水平。
GSLV运载火箭为三级火箭,GTO轨道运载能力为2吨,其一级由一个固体发动机和四个捆绑式低温液体助推器组成。4个牵制释放机构位于捆绑式发动机的平面内,将火箭芯级尾罩与发射台火箭支承座联接在一起。发射时,4个捆绑助推器发动机按指令同时点火,牵制机构将火箭牵制在发射台上,抵抗发动机起动与推力增长过程中的干扰力。干扰力是由风载荷形成的力矩和1台或1台以上捆绑助推器发动机未点火所引起的。在验证了捆绑发动机工作正常以后,发射台牵制释放系统按遥控指令释放火箭。确认火箭被释放以后,芯级固体发动机便点火,使火箭升空。
2001年3月28日在斯里哈里科塔发射场首次发射GSLV运载火箭时,火箭起飞前4.6秒,4个助推器发动机按指令点火,计算机测出其中1个未达到要求的90%推力,在芯级固体发动机启动前即火箭起飞前1秒,助推器紧急关机,终止发射。调查结果表明,4个捆绑助推器中的1个助推器发动机的氧化剂输送管路出现故障,发生燃料泄漏。在这次发射故障中发射台的牵制机构起了重要作用。
指挥监控系统
斯里哈里科塔发射场的两个发射工位均具有先进的指挥控制系统,早在上世纪80年代其ASLV运载火箭发射控制就采用了计算机自动发射控制、光纤传输等先进技术,在其后续的两个工位控制室均采用分布式计算机系统,完成火箭的测试、发射控制及监控。
可以看出,近20年来印度航天发射场的进步是非常迅速的,其技术发展符合国际航天发射技术的发展趋势,某些技术,如发射台牵制释放系统,已到了世界先进水平。
进入21世纪,印度制订了庞大而前沿的航天计划——数量众多的军用、民用卫星、新型大推力运载火箭、可重复使用运载火箭、载人航天、载人登月、深空探测等等,作为印度唯一的运载火箭发射场,斯里哈里科塔发射场将迎来其紧张、繁忙而又充满挑战的未来。
自20世纪60年代成功发射了第一枚国产探空火箭开始,印度先后自主研制了人造地球卫星、卫星运载火箭(SLV、ASLV)和极轨卫星运载火箭(PSLV),建成了顿巴赤道发射场和斯里哈里科塔发射场,并实现了近地轨道卫星发射和极轨卫星发射。进入21世纪,印度的航天发展更为迅速,不仅成功发射了高轨地球同步卫星,还开发了一箭多星技术、低温发动机技术、太空舱再入返回技术。其后续的航天计划更是雄心勃勃,除了发射大量的民用与军用卫星外,还计划在2010年实现其大型运载火箭GSLV-MKⅢ发射地球同步卫星的首飞,将GTO轨道运载能力提高到4~6吨,同时还开展了可重复使用运载火箭和深空探测的研究,并计划在201 5年左右将航天员送入太空,之后实现载人登月。
作为印度航天技术发展的标志,印度的航天发射场也不断发展,发射技术也取得了长足的进步。本文根据获得的资料,尝试解读印度航天发射场,以揭开其神秘面纱。
印度的航天发射场
印度管理航天工业的空间研究组织(简称ISRO)下属共有两个发射场,分别是顿巴赤道发射场和斯里哈里科塔发射场。

顿巴赤道发射场是印度第一个航天发射场,隶属于ISRO最大的航天中心——维克兰拉姆沙拉拜航天中心,位于阿拉伯海海岸,喀拉拉邦特里凡得琅城以北6千米的地方,海拔64米。地理坐标为北纬8°31′,东经76°52′。发射场于1963年投入使用,由于场区附近人口稠密,且位置是进行低高度上层大气和电离层研究的合适场所,所以发射场建成以来只用于发射小型探空火箭。
印度所有的卫星发射均集中在斯里哈里科塔发射场进行。该发射场位于印度东海岸的斯里哈里科塔岛上,在马德拉斯北部100千米处,占地面积145平方千米,场区海岸线长度达27千米。地理坐标为北纬13°47′,东经80°15′。发射场拥有发射各种卫星的大型运载火箭的试验、组装和发射设施,拥有跟踪、测量各种卫星的测控站。印度空间研究组织还在这里建设了固体推进器工厂,为各种大型运载火箭生产固体发动机。这里气候受西南季风和东北季风影响,10、11月份是大雨季节,但一年内多数月份阳光充足、天气晴朗,适合进行火箭发动机试车和发射试验。
自1971年印度政府选中这块风水宝地以来,经过近40年建设,该中心已成为印度最大的航天城和航天器发射中心。可以说,该中心实现了印度近年来运载火箭技术上的每一次飞跃。印度卫星运载火箭、极地轨道运载火箭和地球同步轨道运载火箭部从这里点火升空。
斯里哈里科塔发射场存在的主要不足是:(1)火箭射向存在一定的限制。由于航区安全要求,斯里哈里科塔发射场的射向范围不宽,只能向东南方向发射,并且大部分射向需要进行轨道调整,实际上相对降低了其低纬度的优势。(2)国内测控站布设比较困难。由于向东南方向发射,印度本土测控站不能满足航区的跟踪测量要求,

需要利用其它国家的测控站。(3)周边存在引力异常区。由于印度半岛所处大陆版块每年以4~6厘米的速率发生漂移,造成印度南部较大范围内出现引力异常,这对火箭发射的轨道精度产生一定影响。
但是,上述不足并没有影响到斯里哈里科塔发射场的发展。发射场先后建设了探空火箭发射工位、增强卫星运载火箭ASLV发射工位、极轨卫星运载火箭PSLV(第一发射工位)和通用航天器发射工位(第二发射工位)。下面重点介绍第一发射工位和第二发射工位。
斯搭哈里科塔发射场第一发射工位
第一发射工位最初是为满足PSLV运载火箭发射设计,主要设施包括发射平台、活动勤务塔和脐带塔。该发射工位用了5年时间建成,1989年完工,1991年首次投入使用(因PSLV火箭一、二级分离故障而试验失败)。后为适应GSLV运载火箭发射,在脐带塔上增加了低温加注臂,在发射区增加了低温加注设施。整个发射场投资超过4000万美元。
第一发射工位采用固定式准备法发射技术。通过封闭式活动勤务塔,将运载火箭、卫星直接在发射台上吊装、对接、测试、加注,火箭点火前活动勤务塔撤离到距发射台175米以外。这种设计类似于法国圭亚那发射场的阿里安3运载火箭“ELA-1”发射工位。
封闭式活动勤务塔高85米,钢结构建筑,重2500吨,可为卫星、火箭装配、测试提供吊装、对接、配

电、加注、供气、空调、消防等勤务,同时为人员从事上述工作提供工作平台。该塔共设11层平台,在第一级火箭处有一个可上下移动的平台。塔架吊车有效吊高约为60米。为适应液体火箭和卫星的测试,在塔高20米、40米和60米处设有3处净化间,以15℃洁净冷气通入,使层内温度控制在23±1℃,湿度为50±5%,洁净度达到一万级。发射台高6米、宽9米,固定于导流槽上。导流槽采用双面导流方式,槽深6米。发射台后部设有简易脐带塔,其高度约为45米。在发射台周边共设有3座高120米的避雷塔。
为了提高发射频率,同时适应GSLVMK-Ⅲ等更大运载火箭的发射,从2000年开始,印度空间研究组织耗资9100万美元,在距离第一发射工位1.5千米处新建了一套火箭发射系统,并将其命名为“通用发射工位”。据印度空间研究组织称,新建成的“通用发射工位”可在今后10年内满足印度目前研制的所有型号运载火箭的发射需求,基础设施设计时能够抗强烈地震,并能经受印度东海岸经常发生的猛烈飓风和其它暴风雨袭击。新建第二发射场后,印度航天发射能力也由现在每年2次提高到4~6次,单次火箭发射任务所需的成本也将大幅降低。
第二发射工位设施主要包括垂直总装测试厂房、活动发射台、脐带塔和避雷塔等。垂直总装测试厂房完成火箭的总装、测试及与卫星的对接工作,建筑高82米,截面积40米×32米,火箭采用串行进出方式,后门高约50米,由8块水平推拉门密封,用于单级产品进出,前门高约70米,由12块水平推拉门密封,用于星箭组合体进出。厂房内设有6层14米×6米工作平台,吊车吊重为200吨/30吨。垂直总装测试厂房与发射工位相距约1千米。
活动发射台是运载火箭与卫星总装、整体转运、实施发射的设施。其液压驱动行走机构设计充分继承了活动勤务塔成熟技术,可将星箭组合体从技术区整体转运到发射区,采用“光弹”运输方式。发射台高度为8.6米,台面尺寸19.5米×19.5米,重约700吨。活动发射台运行轨道为两组双轨,轨距14米。一般转运过程要持 续两天左右,因此对需要环境控制的卫星将是一个考验。
脐带塔主要用于星箭与地面的气、电、液连接,完成星箭的最终测试、加注和发射。塔高70米,最大截面积10米×10米,重980吨,共设三层平台,每层平台均可垂直移动到不同高度并锁定,塔架吊装起重能力为10吨,设置两组水平摆杆,低温推进剂加注管路在发射前1分钟脱落。
导流槽主要功能是疏导火箭点火时产生的高温、高速燃气流,防止它们对火箭与发射设施造成的损害。导流槽仍然采用双面导流形式,槽深45米。由于距海岸线很近,地下水层较浅,给导流槽施工带来了极大的挑战。
在发射工位周围设置有四组避雷塔,塔高120米,四塔顶端通过电缆相连。
可以看出,印度在第二发射工位的设计时采用了全新的概念。首先是采用了三垂测试发射模式,运载火箭在垂直总装测试厂房内完成总装测试,并与卫星对接,采用活动发射台将星箭组合体整体转运到发射区,完成必要的检查测试,然后加注、发射其次是采用了通用化的设计思想,其垂直总装测试厂房、活动发射台、脐带塔均采用了通用化设计,可以适应印度现役运载火箭和未来发展的大型运载火箭发射要求,尤其是其脐带塔的设计,其3组工作平台均可自由上下移动,以适应不同高度的工作需求。这种设计类似于法国阿里安4的“ELA-2”发射设施,只是后者发射区增加了活动勤务塔,卫星在发射区实施吊装。
发射台牵制释放系统
印度在其新型GSLV运载火箭发射中采用了牵制释放系统,系统采用一种独特的结构紧凑的释放机构,依靠多路冗余液压系统进行释放,该系统已达到了世界先进水平。
GSLV运载火箭为三级火箭,GTO轨道运载能力为2吨,其一级由一个固体发动机和四个捆绑式低温液体助推器组成。4个牵制释放机构位于捆绑式发动机的平面内,将火箭芯级尾罩与发射台火箭支承座联接在一起。发射时,4个捆绑助推器发动机按指令同时点火,牵制机构将火箭牵制在发射台上,抵抗发动机起动与推力增长过程中的干扰力。干扰力是由风载荷形成的力矩和1台或1台以上捆绑助推器发动机未点火所引起的。在验证了捆绑发动机工作正常以后,发射台牵制释放系统按遥控指令释放火箭。确认火箭被释放以后,芯级固体发动机便点火,使火箭升空。
2001年3月28日在斯里哈里科塔发射场首次发射GSLV运载火箭时,火箭起飞前4.6秒,4个助推器发动机按指令点火,计算机测出其中1个未达到要求的90%推力,在芯级固体发动机启动前即火箭起飞前1秒,助推器紧急关机,终止发射。调查结果表明,4个捆绑助推器中的1个助推器发动机的氧化剂输送管路出现故障,发生燃料泄漏。在这次发射故障中发射台的牵制机构起了重要作用。
指挥监控系统
斯里哈里科塔发射场的两个发射工位均具有先进的指挥控制系统,早在上世纪80年代其ASLV运载火箭发射控制就采用了计算机自动发射控制、光纤传输等先进技术,在其后续的两个工位控制室均采用分布式计算机系统,完成火箭的测试、发射控制及监控。
可以看出,近20年来印度航天发射场的进步是非常迅速的,其技术发展符合国际航天发射技术的发展趋势,某些技术,如发射台牵制释放系统,已到了世界先进水平。
进入21世纪,印度制订了庞大而前沿的航天计划——数量众多的军用、民用卫星、新型大推力运载火箭、可重复使用运载火箭、载人航天、载人登月、深空探测等等,作为印度唯一的运载火箭发射场,斯里哈里科塔发射场将迎来其紧张、繁忙而又充满挑战的未来。