火箭发射时间是如何确定的?

发布时间 : 2016-05-10     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

△2015年中国火箭发射活动统计表(图片来源于网络)

  这是一张2015年我国火箭发射活动统计表。细心的人不难发现,19次航天发射时间有早有晚,都不一样。其中,有6次发射在凌晨,5次发射在上午,5次发射在下午,还有3次发射在晚上。也许大家会问,火箭发射的时间到底如何确定呢?

△火箭发射瞬间

  中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)总体部弹轨道设计师王建明告诉小编,其实,对运载火箭自身来讲,什么时候点火发射没有特殊要求。除非遇到台风、雷电等恶劣天气,长征系列火箭都可以做到全天候发射。真正对发射时间有要求的,是火箭的“乘客”,如卫星、飞船等有效载荷。
  王建明介绍,火箭发射时间其实不是一个确定的时间点,而是一个时间范围,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。如美国“旅行者”号探测器这样的太阳系大范围飞跃探测器的发射窗口为数十年、甚至百年一遇。
  火箭发射窗口设计是一个复杂的科学问题,一般来讲,有效载荷的轨道总可以用半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、真近点角和星箭分离时刻来确定或描述,其中发射窗口对于升交点赤经、星箭分离时刻两个因素影响最大,是设计师调整轨道面空间指向的重要手段。
  虽然听起来很复杂,但是,我们还是能够找到一些确定发射窗口的因素。

严格满足任务约束

  无论选择什么样的窗口,让卫星等有效载荷准确入轨,完成它承担的任务一直是火箭最大的目标。因此,有效载荷的不同,决定了火箭发射时间。

△长征三号乙运载火箭夜间发射“老挝一号”通信卫星

  对于一些卫星来说,它会要求入轨点的位置有太阳光照,可是,由于地球自转和火箭发射角度等因素,从火箭起飞到卫星入轨的这段时间,火箭飞行并不是直上直下的,发射场所在的位置和卫星最终入轨的相对位置是有很大偏差的。有些高轨道卫星还需要完成一段很长时间的滑行才能最终入轨。这就造成地面发射卫星时是白天,但是卫星入轨的位置却处在地球的阴影区里。所以,很多卫星的发射时间是根据入轨时的位置和时间倒推回来的,只好在夜间发射。

△遥感卫星(资料图)

  而资源卫星、海洋卫星等,由于它们的任务主要是对地观测,因此要求地面上的目标区域在它“路过”上空时有较好的光照条件和共视条件,这样它们才能“看到”。所以,这些卫星的发射窗口也是根据卫星“路过”目标区域的时间倒推出来的,这样能保证卫星对目标区域实施有效覆盖。

充分发挥运载能力

  航天活动一直讲究“斤斤计较”,力争用最少的消耗发射最大的质量。无论是火箭还是卫星,它们在飞行过程中消耗的燃料都是极其珍贵的。由于地球不停地自转和公转,要想让卫星准时到达特定的位置,从火箭发射到卫星入轨、变轨等每一个环节必须掐准时间,这样才能让这个过程中的消耗最少。这样一来,可供选择的时间就并没有那么多了。

△嫦娥五号飞行试验器轨道示意图

  王建明介绍,在向月球、行星和其它星体发射探测器时,必须在地球与被探测的目标天体处在一个有利的相对位置时来发射,这样才能让探测器进入一条“捷径”。可是,这样的窗口随着被探测天体的距离的增加而不断减少。因此,发射时间也就被限制了。
  以火星探测为例,最有利于探测的地球•火星相对位置大约26个月才会出现一次,若错过这个窗口,探测所耗费的能量会大大增加,如果所需的能量超出火箭的能力,那么就无法实施探测活动了,只能等待下个窗口到来。

兼顾测控覆盖需要

  某些特殊的卫星,如地球同步轨道卫星和探月卫星对测控和太阳高度角有特殊要求,还必须在发射方案本身可行性的基础上充分予以考虑。比如,地球同步轨道卫星定点过程中通常希望地面站能有效跟踪,显然不希望卫星飞抵远地点附近时,我国的地面站恰好位于地球背面,无法对卫星实施有效的测控跟踪。而像探月飞行器则需要在星箭分离后进行2-3次中途修正,并在近月点附近实施变轨,假如相应时刻刚好地面站“看不到”飞行器,那就无法及时发出指令,势必出现差之毫厘失之千里的情况。
  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,发射场的气象条件等等。有的时候,这些条件甚至会相互矛盾,设计人员需要按优劣次序排出几个发射窗口,考虑各方面的要求并经综合平衡后,选择一个最合适的发射窗口。这些窗口就是最适合火箭发射的时间。
  现在,火箭发射窗口会由专业设计人员考虑一系列因素最终来确定,遵循一整套科学、规范的流程,完全有实现亿万公里之外“百步穿杨”的充分自信,这就是科学的魅力。

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