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飞天雷鸣海啸 发射择机有道

来源:科普中国
发布时间:2020-12-31
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     每一次发射前的报道时,通常会看到这样的文字:“火箭已准备就绪,将于近期择机发射”。加上几天前长征八号运载火箭的发射时间比预计的推迟了两天,大家就好奇了,这个择机,择的到底都是些什么?是什么影响着火箭的最终发射时间?

  择机发射,其实是满足发射窗口的最低发射条件。最低发射条件规定火箭能够满足任务需求,至少要满足的一些必要条件,主要分为火箭自身条件和外部条件。

  日常生活中,人要出远门,可能要先检查一下自己的身体状况,确认有能够出行的身体条件和能力。火箭也是一样,出厂前要做各种体检。不仅如此,到了发射场,火箭还要再次进行状态确认,就像运动员在比赛前要做一些热身运动一样,使其符合上场条件。这就是择机的第一因素,火箭自身指标满足发射条件。

  身体健康条件满足的同时,还要看看天气是否适宜出行,避开狂风、暴雨、雷电等恶劣天气,这就是火箭择机发射的环境因素。

  火箭发射是一项高风险的复杂系统工程。设计之初,设计师们会对火箭自身进行防雨、抗电磁干扰、抗强风等设计,以减少环境因素对火箭的影响。每型火箭所能抵御环境因素的数值,和设计过程中火箭能抵抗的量级是相匹配的。


  自然环境多变而不可控,一旦这些因素超出了发射预期标准,就可能会对箭体造成损坏,影响火箭任务的成败。

  历史上就有因天气导致航天事故的惨痛教训。1987年3月26日,美国用宇宙神/半人马座运载火箭发射一颗高价值军用通信卫星时,遭遇雷雨天气,闪电击中火箭导致发射失败。1986年1月28日,“挑战者”号航天飞机不顾严寒天气和火箭工程师的警告强行发射,助推器上的橡胶圈受冷硬化损坏,导致推进剂泄露、航天飞机爆炸,7名宇航员遇难。

  诸多环境因素中,高空风对发射的影响较为突出。高空风一般距离地面4到20公里,火箭飞到这段高度时,如果风速过大,很可能使箭体弯曲变形,严重时甚至会损坏火箭结构甚至导致解体。因此,高空风预报对火箭飞行安全至关重要。

  刚刚首飞的长征八号遥一火箭,也差点与高空风“擦肩”而过。长征八号遥一运载火箭副总设计师吴义田透露:“在发射前,我们预测到发射场上空高空风比较大,不适合发射。根据气象预报的结果,将原计划的发射时间往后推迟了两天。”

  近年来,中国运载火箭研究院一直在开展相关研究,采取了一系列的措施降低高空风对火箭发射的影响,在火箭设计阶段就根据统计风场数据开展针对性设计。每次发射前对发射日高空风进行测量和预报,结合实测风场数据对火箭飞行轨道进行优化调整,避免火箭在风场内高速飞行时承受的载荷超过火箭允许的范围。

  目前,世界各国的很多火箭在发射时都会受到这些气象因素的影响,但只要在发射前做好完善的预案准备工作,提前做好气象观测,根据天气条件确定最终的发射窗口,就能有效避免恶劣天气对于发射任务的影响。

  自身条件满足了,外部因素也考虑到了,行李箱装好出发!

  等等!想想是不是还忘了一条最关键的因素,有没有时间出行。这就是火箭择机中一条最关键的“机”——发射窗口,就像我们出门旅行一定要选好出行的时间。

  一般航天爱好者都知道,火箭的“乘客”,如卫星、飞船等有效载荷,必须选择特定时间进行发射,因此,有效载荷的不同,决定了火箭发射时间。这个时间范围,被形象地称作“发射窗口”。


  发射窗口宽度因“星”而异,近地轨道卫星一般为“日窗口”,每天都会有;月球探测器为“月窗口”,每月都有,但只有那么几天。而有行星、小行星和彗星等地外天体交会需求的探测器则为年窗口,那就是一年甚至几年才能遇到一次了。

  比如长征五号遥五火箭的发射任务是运送探月工程嫦娥五号探测器至地月转移轨道。它的发射窗口时间,就要考虑地月位置关系等因素,就是“月窗口”了。

  除此之外,影响火箭发射的条件其实还有很多,比如,何时发射更加方便地面观测,何时发射便于地面测控,何时发射便于飞船的着陆回收等等。择机就是要选择这些内容,考虑各方面的要求并经综合平衡后,以确定最适合的火箭发射时间。 
知识点问答
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长征五号遥五火箭的发射任务是运送探月工程嫦娥五号探测器至地月转移轨道。()
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