当前国内商业航天发射场工位供不应求。国内商业航天发射场工位的发射窗口安排紧张,商业卫星发射经常要排队等待。提升发射场工位数,从而提升火箭发射频率是我国商业航天产业快速发展的关键一环。目前国内专业的商业航天发射场仅海南商发一家。海南商业航天发射场已建成两个发射工位,并成功在 5 天内完成两次发射,验证了高密度发射能力。
目前海南商业航天发射场二期建设正全力推进,计划 2026 年底前具备发射能力。二期建成后,海南商业航天发射场 4个工位年发射能力有望突破 60 次,单个工位发射周期可从月发一次压缩至 10 天甚至一周。2025 年上半年,我国航天火箭发射 35 次,同比去年同期增加 5 次。但对比美国星链工程已经实现发射频次 10 次/月,我国商业航天发射场工位仍需要加紧建设。现阶段,在航天发射场环节,参与发射场建设的零部件与技术供应商将显著受益。
国内产业资本陆续入场投资建设航天发射场以及民营火箭公司也在投资建设专用发射工位。目前国内有六大航天发射场,分别是海南商业航天发射场、文昌航天发射场、东方航天港、酒泉卫星发射中心、太原卫星发射中心、西昌卫星发射中心。根据我们统计,截至 2025 年 7 月,国内商业航天发射工位在运营 18 个,在建7 个,合计 25 个。除此之外,浙江宁波国际商业航天发射中心、四川凉山西部商业航天港、广东阳江商业发射场也处于预备发展阶段。
航天发射场是一个高度复杂、分区明确、协同运作的巨系统。根据功能划分,发射场由技术区、发射区、试验指挥区、试验协作区等组成;根据所属系统划分,发射场由测试发射指挥监控系统、火箭推进剂加注及供气系统、通用技术勤务系统、首区测控通信系统、气象系统等组成。
根据功能分区划分:
(1)技术区。技术区是对运载火箭和航天器进行发射前的各项技术准备的场所,主要任务是完成航天器、运载火箭等进入发射区前的技术准备,组织实施对接、总装和测试,并提供相应的技术勤务保障。
(2)发射区。发射区是对火箭、航天器进行最后的射前准备并实施发射的场所,主要任务是完成起飞前航天器和运载火箭等系统的功能检查、火箭推进剂加注、发射方位瞄准、临射检查、点火发射,并提供发射前的工作环境、安全救生、消防及其他保障。
(3)试验指挥区。试验指挥区是整个发射任务过程中,对各项发射活动进行组织指挥、监控并转发发射场测试发射与测量控制信息的场所,同时负责火箭和航天器上升段的测量控制。(4)试验协作区。试验协作区是航天工程中参试人员主要的休息、生活、工作场所。
根据系统划分:
(1)测试发射指挥监控系统。测试发射指挥监控系统是航天发射场的一个重要组成部分,是发射任务的指挥保障系统,对上接受发射指控中心的指挥,对下指挥管理、监测监视、控制航天器、运载火箭、地面勤务保障等系统及相关岗位、设施设备的操作和工作状态,具有指挥保障、监测控制、监视显示、信息交换和数据管理等功能。
(2)火箭推进剂加注及供气系统。火箭推进剂加注及供气系统主要完成火箭和航天器推进剂的转注、贮存,并根据加注的要求调节推进剂的温度,实施推进剂的加注和出,处理推进剂产生的废气、废液。供气系统的主要功能是压缩、贮存、配制和供给航天器、运载火箭及地勤系统所需的空气、氮气及高纯氮、高纯氧、氦气等特殊用气。
(3)通用技术勤务系统。通用技术勤务系统保障发射前运载火箭、航天器和航天员的各项测试发射准备工作,由发射场系统提供的供配电、吊装、空调、运输、消防、机电加工与维修等各种技术支持服务。
(4)首区测控通信系统。首区测控通信系统的主要任务是完成运载火箭上升段飞行的轨道测量和景象实况记录,根据各分离点参数预报助推器及芯一级的落点,通过对运载火箭、航天器系统的工况、环境等遥测参数的接收记录,实施对运载火箭的安全控制。
(5)气象系统。气象系统包括地面观测、高空控测、浅层风测量、雷电监测、气象雷达和卫星云图接收处理,以及天气预报业务和气象保障自动化设备等,为航天发射提供短期、中期及长期天气预报,为大气折射指数的修正、高空风修正、加注量计算等提供各种气象要素的测量数据。
1、测试发射指挥监控系统是航天发射场的信息中枢
测试发射指挥监控系统承担发射场信息中枢角色。发射场测试发射指挥监控系统是发射场测试发射的一个指挥、监测、控制平台,主要对航天器发射和运行的轨道进行跟踪,监视航天器的工作状态,发送各种工作指令。从火箭研制到发射升空,测试发控系统会一直检查、记录火箭的每一项“成长数据”,确保火箭通过各项“体能”测试;
此外,测试发控系统还承担着为火箭进行“全面体检”的重任,测试涵盖火箭电气系统的性能评估、参数传输准确性检查等多个方面。在智能制造、大数据、物联网等新兴技术的推进下,地面测试发控系统将从负责“测量、传输”的功能型系统向能够实现“态势感知、信息传输、信息处理、智能决策”的智慧化系统演进,其形态将从“测控站、测量船、中继星”向“空、天、地、海一体化信息网络”演进。
SpaceX 公司航天测控系统实现陆基、海基、空基、天基有效融合的立体测控网络。SpaceX 公司航天测控系统主要由发射场配套设施、美国国家航空航天局(NASA)天基/空基测控系统、军方地面卫星控制网及公司自建的测控站和测量船等组成。
SpaceX 公司自建地面测控站及兼职测量船,提升自主控制能力。SpaceX 共建了 60 余个地面站,其中有些关口站可以同时作为航天测控地面站使用。为完成海上回收任务,SpaceX 还建造了一支由 10 余艘舰船组成的任务支援舰队,这支舰队在完成火箭一级、整流罩、飞船等海上回收任务以外,均兼具测控通信功能,能够为发射段、再入回收段提供测控监视和中继通信支持,提升下行数据和上行指令传输的可靠性。
2、加注供气系统是航天发射场的能源心脏
加注供气系统如同发射场的“血管”,规模庞大。其特点有管道结构复杂、长度超过万米;覆盖面积大、涉及库区多。加注供气系统主要功能为在发射前加注液氧、液氢、煤油、甲烷等推进剂,在发射任务期间提供空气、氦气、氮气等供气保障,因此也被誉为火箭发射的“加油站”。
加注供气系统主要包括测控子系统、液路子系统、加注供气子系统、排放子系统。
加注供气系统工作原理:加注时,推进剂由贮罐经阀门、管路和连接器流至火贮箱。在加注过程中,测控子系统可进行自动工序控制,完成对上述设备温度压力、流量和液位参数的检测,并以采集数据为依据,实现推进剂加注、补加的自动化。加注过程中液路阀门和连接器控制气源由供气子系统提供。加注过程中产生的废气或废液通过排放子系统实现安全排放。
海南商业航天发射场是我国首个专业化商业航天发射基地。项目一期自 2022 年 7 月 6 日动工,仅用两年多时间便实现竣工投产,于 2024 年 11 月 30 日、2025 年 3 月 12 日相继完成双工位首发任务。目前海南商业航天发射场二期建设正全力推进,于 2025 年 1 月 25 日正式开工,计划 2026 年底前具备发射能力。中长期看,海南商业航天发射场将形成 8 个工位并列的供应能力,支撑高频次、多型号商业航天发射。
四川空分集团承建海南商发项目低温加注系统。2023 年 1 月,四川空分集团作为发射场低温加注系统建设的主力军,承担了液氢加注、氧氮加注系统及煤油贮罐、1 号工位喷水管路系统等设备生产和安装,涉及单机设备 30 余台套(包含液氧液氮液氢低温容器、冷氦换热器、液氧液氮及液氢运输槽车、液氧过冷器、增压器、汽化器、煤油贮存容器、煤油换热器、喷水贮罐及管路等),低温真空管路 800 余根,阀门、支架 2000多个。
此外,航天科技集团六院 165 所,也参与承建海南商业航天发射场的发射区加注供气系统。165 所在发射场地面加注供气系统集成、高压低温阀门设计、流体装备制造等具有技术优势。近年来,165 所承担了海南、西昌、太原等航天发射场及海南商业航天发射场加注供气系统总承包建设任务,积累了大量工程实践经验。